Solarthermischer Antrieb

Ein solarthermischer Antrieb (Solar Thermal Propulsion, STP) nutzt konzentriertes Sonnenlicht, um Treibstoff (meist Wasserstoff) auf Temperaturen von 2.000–2.500 K zu erhitzen und durch eine Düse auszustoßen. Der spezifische Impuls liegt bei 700–1.200 Sekunden, deutlich besser als chemische Triebwerke (450 s), vergleichbar mit nuklearthermischen Antrieben, aber ohne Kernreaktor.

Das System besteht aus einem aufblasbaren oder entfaltbaren Parabolspiegel (5–20 m Durchmesser), der Sonnenlicht auf einen Absorber fokussiert, durch den der Treibstoff strömt. Der große Vorteil: Die Energiequelle (Sonne) muss nicht mitgeführt werden, und es gibt keine radioaktiven Materialien an Bord.

Die NASA untersuchte solarthermische Antriebe im Rahmen des Integrated Solar Upper Stage (ISUS) Programms in den 1990er Jahren. Die Technologie wurde als vielversprechend für Orbit-Transferfahrzeuge bewertet, aber nie im All getestet. Die Herausforderungen liegen im Thermomanagement des Absorbers, der Haltbarkeit der Spiegeloberfläche und der Beschränkung auf den inneren Bereich des Sonnensystems (jenseits des Mars ist die Sonneneinstrahlung zu schwach).

Für Missionen zwischen Erde und Mars bietet STP einen attraktiven Kompromiss: einfacher und sicherer als Nuklearantriebe, leistungsfähiger als chemische Triebwerke und günstiger als Ionenantriebe für schwere Nutzlasten.

Gerade die Tatsache, dass der solarthermische Antrieb seine Energie kostenlos von der Sonne bezieht und ohne Kernreaktor auskommt, macht ihn zu einer unterschätzten Option im Spektrum der Antriebe. Er nutzt dasselbe Grundprinzip wie der nuklearthermische Antrieb, nämlich das Erhitzen und Ausstoßen von Wasserstoff, ersetzt aber die strahlende Wärmequelle durch konzentriertes Sonnenlicht und vermeidet so die politischen und sicherheitstechnischen Hürden nuklearer Systeme. Sein größter Nachteil ist zugleich seine Bindung an die Sonne: Im inneren Sonnensystem zwischen Erde und Mars liefert ein großer Spiegel genug gebündelte Energie, doch jenseits des Mars wird das Sonnenlicht zu schwach, und der Antrieb verliert seine Wirkung. Hinzu kommen die technischen Herausforderungen großer, leichter Spiegel und eines Absorbers, der enorme Temperaturen aushält. Bislang ist der solarthermische Antrieb über Studien nicht hinausgekommen und nie im All geflogen, doch als sicherer, sparsamer Mittelweg für schwere Frachten im inneren Sonnensystem könnte er in einer reiferen Raumfahrtinfrastruktur durchaus seinen Platz finden.