Ingenieure der Ohio State University arbeiten an einem bahnbrechenden Nuklearraketenantrieb, dem Centrifugal Nuclear Thermal Rocket (CNTR), der flüssiges Uran nutzt, um Raketentreibstoff direkt zu erhitzen. Dieser Ansatz stellt eine bedeutende Weiterentwicklung gegenüber herkömmlichen Festbrennstoffelementen dar und zielt darauf ab, die Leistung von Raketen zu steigern und gleichzeitig operative Risiken zu minimieren. Die Entwicklung des CNTR-Projekts priorisiert die Steigerung der Effizienz von Raketenantrieben, ein entscheidender Faktor für die zukünftige Weltraumforschung.
Professor Dean Wang, ein beteiligter Professor, hebt das wachsende Interesse an nuklearthermischen Antrieben für Missionen zum Mond und in den erdnahen Weltraum hervor und betont die Grenzen aktueller chemischer Triebwerke für derartige ambitionierte Ziele. Herkömmliche chemische Triebwerke stoßen bei Schub und Treibstoffverbrauch an ihre Grenzen, was zu langen Missionsdauern führt. Als Beispiel hierfür sei die neunjährige Reise der New Horizons-Sonde zum Pluto genannt. Fortschrittliche Antriebssysteme sind unerlässlich, um Reisezeiten zu verkürzen und die Nutzlastkapazität für zukünftige Tiefraummissionen zu erhöhen.
Das CNTR-Design zielt darauf ab, die Effizienz aktueller chemischer Triebwerke zu verdoppeln. Während chemische Triebwerke einen spezifischen Impuls von etwa 450 Sekunden erreichen, kamen nuklearthermische Antriebe, die in den 1960er Jahren getestet wurden, auf rund 900 Sekunden. Es wird erwartet, dass der CNTR diese Werte übertrifft und mit schnelleren Reisen und reduziertem Treibstoffbedarf das Raumfliegen transformiert. Prognosen deuten darauf hin, dass der CNTR eine spezifische Impulsleistung von 1.500 bis 1.800 Sekunden erreichen könnte, was eine Hin- und Rückreise zum Mars von fast zwei Jahren auf etwa 420 Tage verkürzen würde.
Der nuklearthermische Antrieb würde auch eine größere Missionsflexibilität ermöglichen. Raketen könnten neue Flugbahnen nutzen, was schnellere Hin- und Rückflüge zum Mars für bemannte Missionen und einteilige robotische Missionen zu den äußeren Planeten erleichtern würde. Spencer Christian, ein Doktorand, der den Prototypenbau leitet, nennt die Möglichkeit einer einteiligen sechsmonatigen Reise zum Mars.
Trotz seines Potenzials steht der CNTR vor technischen Herausforderungen, darunter die Gewährleistung eines stabilen Betriebs, die Minimierung von Treibstoffverlusten und die Verhinderung von Triebwerksausfällen. Wang räumt diese Hürden ein und merkt an, dass die Physik zwar gut verstanden ist, technische Herausforderungen jedoch bestehen bleiben. Ein kritischer Aspekt ist die Verdampfung von Uran, die die Effizienz drastisch reduzieren kann, wobei die Forscher die Rückgewinnung von Uran mittels Dielektrophorese untersuchen.
Das CNTR-Konzept soll innerhalb der nächsten fünf Jahre die Designreife erreichen, mit einer abschließenden Labordemonstration, die zukünftige nuklearthermische Antriebstechnologien leiten soll. Wang betont die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Priorisierung der nuklearen Antriebsforschung, um die technologische Reifung zu ermöglichen. Diese Forschung steht im Einklang mit dem Engagement der Ohio State University für Innovationen im Luft- und Raumfahrtbereich. Die Universität nahm im April 2025 am Aerospace Propulsion Outreach Program (APOP) teil und präsentierte neue Antriebskonzepte in Zusammenarbeit mit dem Air Force Research Laboratory. Zum 17. September 2025 ist das CNTR-Projekt auf dem Weg zur Designreife, wobei fortlaufend an der Bewältigung technischer Herausforderungen gearbeitet wird. An dem Projekt ist ein kollaboratives Team aus Fakultätsmitgliedern, Studenten und Industriepartnern beteiligt, die sich der Weiterentwicklung des Raumflugs durch nuklearthermischen Antrieb widmen.