Ein Kernkraftwerk auf dem Mond?

Liebe Leser und Technik-Interessierte,

Das Artemis-Programm der NASA hat ein großes Ziel: Bis 2032 soll auf dem Mond eine "dauerhafte" Basis errichtet werden (zumindest eine solche, die monatelange Aufenthalte von Menschen erlaubt)! Nach der Reise des Orion-Raumschiffs Artemis II rund um den Mond im April 2026 wird die nächste Artemis-Mission im Jahr 2027 Mondlandefähren und kritische Andockmanöver testen (Artemis III), 2028 soll eine bemannte Mission auf dem Mond landen (Artemis IV) und angeblich noch im 2028 eine weitere Besatzung auf dem Mond landen (Artemis V), um Vorarbeiten für eine dauerhaftere Siedlung am Südpol des Mondes zu beginnen, mit nachfolgend jährlichen Landungen. Ob der Zeitplan hält, darf aber stark bezweifelt werden, nachdem am 28.Mai "New Glenn", die Rakete von Jeff Bezos’s Firma Blue Origin, die für die NASA hätte eingesetzt werden sollen, auf der Startrampe bei einem Test spektakulär explodiert ist, was den SpaceX-Konkurrenten um Jahre zurückwerfen wird. Außerdem gibt es große Probleme bei der Entwicklung moderner Weltraumanzüge (die derzeitigen sind nur für den Orbit, aber nicht eine Mondlandung geeignet). Diese wurde an nur einen(!) privaten Dienstleister ausgelagert, der aber Verzögerungen meldete. Auch das könnte den Zeitplan um Jahre zurückwerfen (Quelle), sodass vermutlich eher China (mit russischer Beteiligung) die erste Nation mit einer permanenten Mondbasis sein wird!

Der geplante Standort im Shackleton-Krater (nach dem brit. Polarforscher benannt) am Südpol (der auch ein Kältepol ist und wo riesige untermondische Wasservorkommen vermutet werden) soll vorerst zu einem wissenschaftlichen Außenposten, einem Bergbaustandort und einer Raketenstartrampe (mit Mars als Ziel) werden. Doch Solarenergie allein wird nicht ausreichen, um eine solche Anlage mit Energie zu versorgen (obwohl es dort Bereiche gibt, wo fast immer die Sonne scheint, sog. "eternal light spots")!

So stellt sich die AI eine Mondbasis vor (in Wirklichkeit müssten die Habitate aber vergraben sein, um vor Strahlung, Hitze/Kälte und den Mikrometeoriten zu schützen, und der Abstand zur Startrampe wäre natürlich weit größer).

^Grok

Warum Kernenergie?

Ein Kernreaktor würde nicht nur Energie für die Lebenserhaltung der Menschen liefern. Da der Mond de facto keine Atmosphäre hat, schwankt die Temperatur auch in den Polarregionen extrem - zwischen rund +100℃ am Tag und -240℃ Grad in der Nacht (wobei ein Mondtag 29,5 Erdentage dauert). Eine Mondbasis bräuchte eine konstante Wärmequelle in der Nacht und eine starke Kühlung bzw. eine Möglichkeit, Wärme abzuführen, wenn die Temperaturen während des Mondtages steigen. Wenn die Basis zudem Maschinen einsetzen soll, um Wasser aus dem Mondboden zu gewinnen – zur Versorgung der Astronauten und Pflanzen und zur elektrischen Spaltung in Wasserstoff und Sauerstoffgas zur Herstellung von Raketentreibstoff und Atemluft –, dann wird dafür viel Strom benötigt. Schon im Aug. 2025 verkündete die NASA, bis 2030 einen 100kW-Reaktor auf dem Mond zu haben! Obwohl sie in der gleichen Aussendung zugab, dass Anstrengungen seit 2000 in diese Richtung noch kein Ergebnis gezeitigt hatten.

Zur Erinnerung: Schon im Jahr 1965 hatte die USA erst- und letztmals einen Kernreaktor mit angereichertem ²³⁵U als Brennstoff mit dem Snapshot-Satelliten in einen Orbit gebracht - und er kreist heute noch dort! Nach nur 43 Tagen Betrieb musste der 30kW-Reaktor auf Dauer abgeschaltet werden aufgrund eines Elektronikdefekts; ein ziemlicher Mißerfolg. Die Russen hatten noch bis 1988 >20 Kernreaktoren für Satelliten eingesetzt, aber seither werden nur mehr Solarpaneele für orbitale Anwendungen verwendet. 1978 kam es zu einem Störfall an Kosmos 954, bei dem radioaktives Material über Kanada abregnete.

Auch die Russen planen, einen Kernreaktor, genannt "Selena" für die Energieversorgung der chinesisch-russischen Mondbasis ILRS (International Lunar Research Station) bis 2036 vor Ort zu haben (Quelle). Der soll aber angeblich nur 5kW Leistung haben. Diese Timeline scheint wesentlich realistischer zu sein. Warum? Wegen den immensen

Anforderungen an einen Mond-Kernreaktor

Hardware:
Jeder Reaktor müsste extremen Temperaturschwankungen, dem aggressiven, weil sehr feinen Mondstaub, Mikrometeoriteneinschlägen, gelegentlichen Mondbeben und permanenter ungebremster Strahlenbelastung aus dem Kosmos standhalten – und das alles in einer Umgebung, in der noch nie zuvor ein Kernreaktor betrieben wurde und auf der Erde auch nicht getestet werden kann (1/6 der Erdschwerkraft). Auch muss er (oder seine Teile, falls er in mehreren Einzelteilen transportiert wird) die rauen Bedingungen (mehrere g, starkes Rütteln) eines Raketenstarts aushalten. Schwierig, aber nicht unmöglich. Immerhin gibt es ja auch Nuklearkraftwerke an Bord von U-Booten, die müssen auch Einiges aushalten inklusive Gefechte.

Der Brennstoff:
Der Kernbrennstoff müsste mit Raketen zum Mond transportiert werden, was Bedenken hinsichtlich Unfällen während des Starts oder Transports aufwirft. Das ist kein neues Thema, schon vor fast 50 Jahren wurde mit den 2 Voyager-Raumsonden fast 30kg Plutoniumbrennstoff für die Nuklearbatterien ins Weltall geschossen (mehr darüber hier). Ein Restrisiko, aber kein Show-Stopper. Zumal der Brennstoff, solange noch keine Kettenreaktion eingesetzt hat, erstaunlich "harmlos" ist, insbesondere, wenn er in Pellet- (oder Pebble-)Form vorliegt.
Der Mond wäre auch nicht der erste extraterrestrischer Körper mit Kernbrennstoff von der Erde. Die noch aktiven Mars-Rover Curiosity und Perseverance haben Radioisotopen-Thermoelektrogeneratoren als Stromquelle mit Plutoniumdioxid als Brennstoff.

Kühlung:
Für einen Mondbetrieb müssen Ingenieure völlig andere Kühlsysteme entwickeln, die Wärme effizient ins All abstrahlen können, was unter Vakuumbedingungen nicht trivial ist, denn das Vakuum am Mond erlaubt keine Wärmeabgabe über Konvektion.

Wartung:
Die Mondbasis wird (zunächst) nur eine Handvoll Astronauten beherbergen, die mit begrenzten Ersatzteilen Wartungsarbeiten an einem Leistungsreaktor durchführen müssten. Daher muss das System auch äußerst zuverlässig und autark sein. Aber wie will man die Zuverlässigkeit eines völlig neuen Systems testen, wenn alles so schnell gehen soll? Die USA haben (noch) nicht einmal die Möglichkeit, einen Reaktor in einem Vakuum probelaufen zu lassen, geschweige denn in reduzierter Schwerkraft.

Zeitplan:
Die Entwicklung, Erprobung, Zertifizierung, der Transport, der Aufbau auf dem Mond und der reguläre Betrieb einer völlig neuen Klasse von Kernreaktoren bis 2030 ist nach Ansicht von Experten unrealistisch, ohne Abstriche an die Qualität oder Sicherheit (erinnert mich an die Covid-mRNA-"Vakzine").

Dazu kommt, dass ein Mondreaktor deutlich anders funktionieren muss als Reaktoren auf der Erde. Er wird wahrscheinlich weder als Kühlmittel noch als wärmeaufnehmendes und dampferzeugendes Medium Wasser verwenden können. Denn Wasser fließt unter geringer Schwerkraft nicht richtig, und die extremen Temperaturschwankungen auf dem Mond könnten dazu führen, dass der Dampf sich explosionsartig ausdehnt oder das Wasser gefriert und dabei Rohre zerstört. Stattdessen würde der Reaktor wahrscheinlich Luft verwenden, die von der Erde mitgebracht wird, um die Wärme aufzunehmen und zum Turbinensystem zu transportieren. Das ist zwar schwieriger zu konstruieren, aber machbar.

Wasser als Kühlmittel im Kernreaktor zu ersetzen, ist aber problematischer. Der Großteil der durch die Kernspaltung erzeugten Wärme würde zur Stromerzeugung genutzt werden, aber nicht die ganze. Diese unnutzbare Abwärme muss an die Umgebung abgegeben werden, doch ohne Atmosphäre gibt es keinen luftähnlichen Speicher, der sie einfach aufnehmen könnte. Um im Vakuum eine Überhitzung des Kernreaktors zu verhindern, lässt der Autor Andy Weir ("Der Marsianer", "Project Hail Mary") in seinem Roman "Artemis" (2017) Mondreaktoren mit einer Wachs-Schicht ummanteln, das bei Hitze schmilzt und dabei die Wärme aufnimmt und dann langsam wieder abkühlt. Echte Experten schlagen Segel vor – riesige, flossenartige Vorrichtungen, die ihre große Oberfläche nutzen können, um Wärme ins All abzuleiten.

Illustration von Lockheed Martin (Quelle)

Das Problem: Mikrometeoriten, die wegen der fehlenden Atmosphäre ungebremst solche großen Strukturen leicht treffen könnten. Wenn zu viele davon die Kühlrippen durchschlagen, kann die Anlage nicht mehr richtig gekühlt werden.
Aus dem gleichen Grund wird auch überlegt, Teile der Basis überhaupt unter die Mondoberfläche zu legen (auch als Strahlungs- und Kälte/Hitze-Schutz). Man denkt sogar daran, bestehende Höhlensysteme (entstanden aus alten Lava-Strömen) dafür zu nutzen, aber das ist eine andere Geschichte...

Fazit

Kernenergie auf dem Mond ist zwar unvermeidlich, will der Mensch dort eine Präsenz aufbauen und interplanetar werden (=auf den Mars abzielen, so wie Elon Musk es vorsieht), aber umso erstaunlicher, dass man nicht früher ernsthaft mit der Entwicklung begonnen hat. Angesichts der Herausforderungen sind die überambitionierten Ankündigungen der NASA wohl nur einem neuen Wettlauf mit China/Russland geschuldet, aber nicht realistischen Einschätzungen. Die NASA sagt selbst, wenn die Russen zuerst am Südpol wären, könnten sie mittels des Reaktors eine "Gefahren-Sperrzone" ("keep-out-zone") ausrufen, was die Pläne der USA für eine Mondbasis dort empfindlich stören würde. Denn so eine nukleare Sperrzone würde das Outer Space Treaty aushebeln, wonach kein Stück Land auf dem Mond von einer Nation beansprucht werden darf. Ist das der eigentliche Grund, warum Russland und die USA so eifrig bei den lunaren Kernreaktorplänen sind? Den wasserreichen Südpol als Erster für sich zu beanspruchen?

Ich hoffe stark, dass gerade im Umgang mit Nukleartechnologie Sicherheit Vorrang hat und im Zuge des Wettlaufs zum Mond nicht wichtige Tests ausgelassen werden.
Denn nichts wäre schlimmer als ein explodierter Kernreaktor auf dem Mond, der nuklearen Müll auf ein kostbares Wasserreservoir-Gebiet einsickern lässt. Von gestrandeten Astronauten ohne Stromversorgung bei -240℃ ganz abgesehen...

Quellen:
https://www.nasa.gov/humans-in-space/artemis/
https://www.scientificamerican.com/article/nasa-dreams-of-a-nuclear-power-plant-on-the-moon-heres-why
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/08/nasa-fsp-directive-aug42.pdf?emrc=4b2928
https://www.scientificamerican.com/article/will-future-lunar-bases-be-underground/

Relevante Posts:
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Lesetipp:
Andy Weir: "Artemis" (ein Roman des Erfolgsautors aus 2017, der in einer Mondbasis spielt, mit vielen Fakten zur Physik der Mondbesiedlung)