Um zu anderen Sternen reisen zu können, müssten konventionelle Raumfahrzeuge gigantische Mengen Treibstoff mitschleppen. Eine Lösungsmöglichkeit des Problems lieferte 1960 der US-amerikanische Physiker Robert W. Bussard. Nach seiner Idee sammelt der interstellare Ramjet oder auch Bussard-Ramjet seinen Treibstoff im Weltraum ein. Denn tatsächlich ist der Raum zwischen den Sternen nicht völlig leer. In einem Kubikzentimeter findet man vielleicht ein oder zwei Teilchen, vorwiegend Wasserstoff oder seine Atomkerne. Ein Kubikzentimeter Erdatmosphäre enthält dagegen etwa 1019 Moleküe. Der Ramjet könnte durch einen Kernfusionsreaktor angetrieben werden, in dem der Wasserstoff zu Helium verschmolzen würde. Das dabei stark erhitzte Helium würde als Antriebsstrahl ausgestoßen. Prinzipiell wären damit lange Beschleunigungsphasen möglich, die einen nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erzielten. (Grafik: Nasa)
Der Bussard-Ramjet ähnelt auf den ersten Blick einem Staustrahltriebwerk (engl. Ramjet) wie es für Hochgeschwindigkeits-Flugzeuge verwendet wird. Für zukünftige Trägersysteme der Raumfahrt werden ebenfalls Staustrahltriebwerke erbrobt [mehr dazu]. Genau wie diese Ramjets, benötigt der Bussard-Ramjet je nach Brennstoffangebot eine genügend hohe Anfangsgeschwindigkeit, damit er ausreichend Wasserstoffkerne einsammeln kann. Für die Anfangsbeschleunigung muss daher ein anderer Antrieb verwendet werden. Je schneller der Ramjet dann aber ist, desto mehr Brennstoff sammelt er pro Sekunde ein.
Um den Wasserstoff einzusammeln, bietet sich ein starkes magnetisches Feld an, das durch supraleitende Spulen erzeugt wird. Das Feld muss allerdings außen stärker sein als innen, da die Teilchen sonst magnetisch abgestoßen werden. Soweit nötig, könnten die elektrisch neutralen Wasserstoffatome durch starke elektrische Felder ionisiert werden, damit sie sich vom Magnetfeld einsammeln lassen. Allerdings selbst bei der angestrebten hohen Geschwindigkeit müsste das magnetische Feld eine Ausdehnung in der Größenordnung von 10000 Kilometern haben. Für den magnetischen Trichter muss daher erst noch eine praxistaugliche Idee entwickelt werden.
Eine weitere Hürde ist, dass Wasserstoffkerne, also einzelne Protonen, wesentlich schlechter verschmelzen als beispielsweise die Kerne von schwerem Wasserstoff, die aus je einem Proton und Neutron aufgebaut sind. Als Ausweg könnten katalytische Fusionsreaktionen genutzt werden, bei denen Atomkerne anderer chemischer Elemente wie zum Beispiel Kohlenstoff die Fusion erleichtern, ohne selbst verbraucht zu werden. Eine weitere Möglichkeit ist, den eingesammelten Wasserstoff nicht zu fusionieren, sondern lediglich zu erhitzen und nach hinten auszustoßen. Die Energie könnte durch Kernreaktoren oder Antimaterie geliefert werden oder durch Fusionsreaktoren, die mitgeführten Brennstoff verschmelzen.
Die technologischen Probleme des Bussard-Ramjets sind gewaltig, doch das Konzept ist verlockend.
Literaturhinweise
R. W. Bussard: Galactic Matter and Interstellar Spaceflight, Acta Astronautica 6, 1960
A. Bond: An Analysis of the Potential Performance of the Ram-Augmented Interstellar Rocket, Journal of the British Interplanetary Society 27, 1974
G. L. Matloff / A. J. Fennelly: A Superconducting Ion Scoop and Its Application to Interstellar Flight, Journal of the British Interplanetary Society 27, 1974
T. A. Heppenheimer: On the Infeasibility of Interstellar Ramjets, Journal of the British Interplanetary Society 31, 1978
R. L. Forward: Feasibility of Interstellar Travel, Journal of the British Interplanetary Society 39, 1986
D. P. Whitmire: Relativistic Spaceflight and the Catalytic Ramjet, Acta Astronautica 2, 1975
