Nukleare Weltraummissionen und moralische Grenzwerte

von Regina Hagen

Anfang Februar 2003, zwei Tage nach dem Absturz des Space Shuttle Columbia, zeigten die Nachrichten in den USA eine gespenstisch anmutende Szene: Spezialisten in Schutzanzügen, Gasmasken vor dem Gesicht und Sauerstoffgeräte auf dem Rücken, überprüften mit Geigerzählern Anwohner auf radioaktive Verstrahlung, die zuvor mit Trümmerstücken der Raumfähre in Kontakt gekommen waren. Die US-Weltraumbehörde NASA (National Aeronautics and Space Administration) hatte die lokalen Suchtrupps angewiesen, potentiell radioaktiveÜberbleibsel des Unglücks mit höchster Priorität aufzuspüren. Die Bilder schienen zu bestätigen, was Sheriff Thomas Kerss von Nacogdoches, Texas, am Tag zuvor im National Public Radio bekannt gegeben hatte: „An Bord des Raumschiffs war radioaktives Material.“ Auf Nachfragen alarmierter Journalisten und verängstigter Anwohner versuchte die NASA später das Problem herunterzuspielen. Wenige Gramm Americium seien in Rauchmeldern enthalten, das Problem vernachlässigbar klein. Der Aufwand zur Messung von Radioaktivität spricht allerdings gegen diese Variante.¹
Radioaktive Verseuchung als Folgeschäden von Weltraummissionen, ein solches Szenario wird seit langem von kritischen Wissenschaftlern, Friedensgruppen und Umweltexperten befürchtet. Schließlich umkreisen nicht nur mehrere hundert Kilogramm Plutonium und fast eine Tonne Uran die Erde als Erblast aus Weltraumissionen der Vergangenheit, der US-Haushalt hält auch mehrere Milliarden Dollar bereit für nukleare Weltraumtechnologien der Zukunft.

Strahlende Erkundung des Weltraums

Der Versuch, mit Kernantrieb die riesigen Distanzen im All rasch zu durchfliegen, reicht in den USA fast fünf Jahrzehnte zurück. 1958-65 beschäftigte sich Project Orion mit dem Antrieb von Weltraumraketen durch die Zündung von Atombomben: Der Rückstoß der Explosionen sollte das Raumschiff in den Weltraum katapultieren. 1961-71 erforschte das Programm NERVA (Nuclear Engines for Rocket Vehicle Applications) die Nutzung eines Atomreaktors für den Raketenantrieb. 1985 wurde an der Universität von Florida in Gainesville das Innovative Nuclear Space Power Propulsion Institute (INESPI) gegründet, das nach wie vor Reaktorkonzepte für die Weltraumfahrt erforscht. Und in Albuquerque, New Mexico, kamen einen Tag nach dem Unfall der Raumfähre Columbia Experten aus Forschung, Industrie und Militär zur 20. Jahrestagung über nukleare Raketenantriebe und Stromversorgungsmöglichkeiten bei Weltraummissionen zusammen.²

Beim neuesten dazu passenden Vorhaben der NASA ist schon der Projektname aussagekräftig: Prometheus. In der griechischen Mythologie stahl der Titan Prometheus das Feuer vom Olymp und gab es an die Menschheit weiter. Prometheus schenkte den Menschen mit dem Feuer die Voraussetzung für ihre weitere Entwicklung, wurde von Zeus dafür aber schrecklich bestraft. Project Prometheus hat unter Einbeziehung der erst kürzlich gestarteten Nuclear Systems Initiative der NASA in den nächsten fünf Jahren einen Etat von mehr als drei Milliarden US$ für die Entwicklung nuklearer Stromquellen und Antriebssysteme zur Verfügung.³Als erste Mission ist der Jupiter Icy Moon Orbiter (JIMO) geplant. Dabei soll ein kleiner Kernreaktor ein leistungsfähiges Ionentriebwerk mit Energie versorgen. Gleichzeitig wird auf diese Weise aber auch genug Energie erzeugt, um an Bord des Raumschiffes Hochleistungsinstrumente und ausgereifte Kommunikationstechnologie zu betreiben. Für Wissenschaftler sind das ganz neue Perspektiven, da Strom an Bord ansonsten immer streng rationiert ist, was in den vergangenen Jahrzehnten zur Entwicklung hochmoderner Geräte mit besonders sparsamen Energieverbrauch anregte.⁴

Project Prometheus umfasst neben Reaktorsystemen für den Antrieb sowie für die Stromversorgung auf der Marsoberfläche u.a. auch die Entwicklung neuer Plutoniumgeneratoren. Bei diesen Geräten wird Strom nicht durch die Spaltung des Atoms erzeugt, sondern es wird die Wärmeentwicklung beim natürlichen Zerfall radioaktiver Materialien genutzt. Einen fehlerfreien Flug vorausgesetzt, haben Plutoniumgeneratoren hinsichtlich Zuverlässigkeit und Langlebigkeit tatsächlich eine stolze Bilanz vorzuweisen. Erst im Februar 2003 hat die Sonde Pioneer-10 ihr letztes Signal an die irdische Empfangsstation ausgeschickt – gestartet ist sie im März 1972. Insgesamt 31 Jahre lang ermöglichte die nukleare Stromversorgung aufregende Einblicke in das Sonnensystem. Der Preis: Vier SNAP-Generatoren mit etwa acht kg Plutonium-238.

1997 geriet die NASA vor dem Start ihrer Saturn-Mission Cassini in die öffentliche Kritik. Zur Deckung des Strombedarfs der Muttersonde wie der von der Europäischen Weltraumagentur ESA beigesteuerten Erkundungssonde Huygens wurde die Mission mit 32 kg Plutonium-238 bestückt.

Und jetzt haben Friedens- und Umweltgruppen New Horizon im Blick. Die Vorgeschichte dieser ursprünglich Pluto-Kuiper-Express genannten Mission zur Erkundung des äußersten Planeten Pluto und des tiefer im Weltraum liegenden Kometengürtels Kuiper reicht schon einige Jahre zurück, das Zeitfenster für einen sinnvollen Starttermin ist aber äußerst schmal. Nur wenn die Sonde spätestens 2006 losgeschickt wird, ermöglicht die Planetenkonstellation einen Vorbeiflug am Jupiter und somit den nötigen Schwung für den Flug bis Pluto. Wird diese Chance nicht genutzt, kommt die Sonde deutlich nach 2015 an. In diesem Fall würde die Beobachtung des Planeten durch die rasch gefrierende Gashülle, die sich im 200 Jahre andauernden Pluto-Winter bildet, unmöglich gemacht.

Umstritten ist die Mission weniger wegen ihrer Kosten (500 MillionenUS$), sondern wegen der Nutzung eines RTG (radioisotope thermoelectric generator), der vermutlich als Reservesystem für Cassini diente. Der Plutoniumgenerator enthält knapp elf kg Plutonium-238 in Form eines keramischen Dioxidgemisches. Vom waffentauglichen Plutonium-239 unterscheidet sich dieser Stoff vor allem durch seine relativ kurze Halbwertzeit von 87,8 Jahren. Gerade dadurch ist das Isotop im Unglücksfall aber besonders gefährlich. Lungengrädige Partikel bedeuten durch das Dauerbombardement des umliegenden Gewebes mit Alphastrahlung ein hohes Krebsrisiko.

Mehr Plutonium und neue Generatoren

Im Oktober 1998 gab das Energieministerium der USA im Federal Register (Bundesanzeiger der USA) bekannt, dass Plutonium-238 für radioisotope Generatoren nicht mehr in ausreichender Menge vorhanden sei und daher die Produktion des Isotops wieder aufgenommen werden soll. Für die Ausarbeitung einer entsprechenden Umweltverträglichkeitsstudie wurden an mehreren denkbaren Produktionsstandorten (Oak Ridge National Laboratory, Idaho, Hanford Site) öffentliche Anhörungstermine angesetzt. Im September 1999 wurde dieses isolierte Vorhaben aufgegeben zu Gunsten der Ausarbeitung eines Programmatic Environmental Impact Statement für eine nukleare Infrastruktur, die ein sehr viel breiteres Spektrum an ziviler Nukleartechnologie und Isotopenproduktion abdecken soll (u.a. auch für medizinisch einsetzbare Isotopen). Und im Februar 2001 schließlich wurde Oak Ridge als künftige Produktionsstätte ausgedeutet – wobei die Finanzierung des Vorhabens offen blieb.

Aufgrund dieser Verzögerungen sowie der nicht näher erläuterten Umwidmung erheblicher Mengen des begrenzten Inventars an Plutonium-238 für »nationale Sicherheitsbelange« im Sommer 2002 sah sich das US-Energieministerium vor einem Materialengpass. Um die Lücke zu schließen, vereinbarte die Behörde im Januar 2003 die Fortsetzung eines bestehenden Lieferabkommens mit Russland. Über einen Zeitraum von fünf Jahren sollen ab 2004 Lieferungen im Wert von 32 Millionen Euro erfolgen.⁵ Die Liefermenge wurde nicht bekannt gegeben, vermutlich handelt es sich aber wie bei früheren Verträgen um etwa fünf kg pro Jahr. Dabei ist sich das Energieministerium bewusst, dass durch den Aufkauf von Plutonium-238 in Russland dort der Weiterbetrieb von Fertigungsanlagen unterstützt wird, die die US-amerikanischen Umweltschutz- und Nicht-Proliferationsauflagen nicht erfüllen.⁶Damit ist vorläufig das Problem geklärt, woher das Plutonium für die Weltraumgeneratoren kommt, die Frage nach einer neuen Generatorentechnologie mit geringerem Plutoniumbedarf ist aber nach wie vor offen. Schon während der Planungsphase für Cassini war die US-amerikanische Firma Advanced Modular Power Systems (AMPS) von der NASA und dem Energieministerium mit der Entwicklung neuer Plutoniumgeneratoren beauftragt. Die daraufhin entstandenen AMTEC-Generatoren stehen nach Angaben von AMPS bereits seit mehreren Jahren zur Verfügung.⁷ Dennoch sollen im Rahmen von Project Prometheus jetzt neue RTG-Modelle entwickelt werden, und zwar für eine Marsmission 2009.⁸ Als eine Technologie kommt ein Sterling-Konverter in Frage, der im Vergleich zum herkömmlichen RTG bei identischer Energieausbeute nur ein Drittel des Plutoniums benötigt.⁹

An alternativen Energieversorgungsmöglichkeiten – beispielsweise durch die Kopplung von Solarenergie mit hochleistungsfähigen Batterien mit hoher Lebensdauer – wird zwar gearbeitet. Sie werden bei der Missionsplanung aber offensichtlich nicht ernsthaft in Betracht gezogen, zumal für Missionen zu weitentfernten Zielen wie Pluto die verfügbaren Technologien vermutlich nicht ausreichen.

Verbote und Risikominimierung durch Völkerrecht

Entscheidungen über die Nutzung von Kernenergie im Weltraum fallen nicht im rechtsfreien Raum. Die Vereinten Nationen haben etliche völkerrechtliche Regelungen vereinbart.¹⁰ So untersagt der so genannte Weltraumvertrag die Stationierung von Kernwaffen im Weltraum, auf einer Erdumlaufbahn oder auf Himmelskörpern (Artikel IV).¹¹ Laut Mondabkommen ist der Generalsekretär der Vereinten Nationen möglichst vorab davon zu informieren, wenn radioaktives Material auf den Mond verbracht wird (Artikel 7).¹² Das partielle Atomteststopp-Abkommen verbietet Tests von Atomwaffen und andere nukleare Explosionen nicht nur unter Wasser und in der Atmosphäre sondern auch im Weltraum.¹³ Die Konvention über die Haftpflicht bei Weltraummissionen verpflichtet den Startstaat zur Kompensation für sämtliche Schäden, die beim Absturz eines Weltraumobjektes auf der Erde oder im Luftraum verursacht werden.¹⁴ Darunter zählen auch Aufräumarbeiten im Falle einer Freisetzung radioaktiver Materialien. Mittels des so genannten Gewohnheitsvölkerrechts entwickeln diese Vereinbarungen völkerrechtliche Wirkung über den Kreis der unterzeichnenden oder ratifizierenden Staaten hinaus – und sei es nur, indem sie moralische Grenzwerte setzen für das, was sich während des Verhandlungsprozesses als Handlungsnorm herauskristallisiert.

Neueren Datums sind die Prinzipien für die Nutzung von nuklearen Energiequellen im Weltraum.¹⁵ Vor dem Hintergrund mehrerer Weltraumunfälle, die teilweise zu einer erheblichen Verseuchung mit Uran-235 oder Plutonium-238 sowohl auf der Erde als auch in der Atmosphäre führten,¹⁶ stellt dieser Text vor allem Regeln zur Risikominimierung und Schadenshaftung auf. In der Präambel wird der Geltungsbereich ausdrücklich auf nukleare Energiequellen für die Stromerzeugung an Bord für Nicht-Antriebszwecke beschränkt, und zwar gemäß dem Stand der Systeme und Missionen, die 1992 bereits in Betrieb waren. Prinzip 3 konkretisiert den Geltungsbereich für Kernreaktoren, die ausschließlich mit Uran-235 betrieben werden sollen sowie radioisotope (d.h. auf dem Prinzip der Wärmeabstrahlung beruhende) Generatoren.

Obschon den Prinzipien nicht der Rang eines Vertrages zukommt, enthalten sie für eine Resolution ungewöhnlich weitreichende Formulierungen. Prinzip 1 und Prinzip 8 verweisen Staaten und internationale Organisationen, die nukleare Weltraummissionen durchführen, auf ihre Verantwortung gemäß dem Weltraumvertrag, der wiederum in Artikel IX die Vermeidung von schädlichen Kontaminationen von Himmelskörpern und eine Beeinträchtigung der irdischen Umwelt vorschreibt. Haftungs- und Kompensationsvorkehrungen umfassen laut Prinzip 9 den gesamten Schaden von natürlichen und juristischen Personen sowie die Erstattung sämtlicher Kosten für Suche und Sicherung radioaktiver Teile sowie für Säuberungsarbeiten.

Bezugspunkt der Resolution ist der Schutz von Mensch und Biosphäre vor radiologischen Gefährdungen. Nukleare Energiequellen für Weltraumzwecke sollen so konstruiert sein, dass bei einem Unfall bei hohem Vertrauensniveau folgende Strahlungsgrenzwerte nicht überschritten werden: ein mSv pro Jahr für ein begrenztes Gebiet und für Personen; ersatzweise fünf mSv über einige Jahre, solange die durchschnittliche Strahlenbelastung die Lebensdosis von durchschnittlich einem mSv pro Jahr nicht übersteigt. Die Grenzwerte übernimmt die Resolution dabei von den Empfehlungen der International Commission on Radiological Protection (ICRP), eine Ausnahme gilt lediglich für Unfälle mit schwerwiegenden Folgen aber geringer Wahrscheinlichkeit.

Die Frage nach dem moralischen Grenzwert

Experten schließen aus, dass die Grenzwerte der Prinzipien für die Nutzung von nuklearen Energiequellen im Weltraum bei einem Unfall vorhandener nuklearer Weltraumtechnologie eingehalten würden.¹⁷ Aufräum- und Sucharbeiten sind – wie der Fall Kosmos-954 und das Columbia-Unglück zeigen – mühsam, aufwendig und nur von begrenztem Erfolg.

Ein anderes Problem ist bislang gar nicht geklärt: Der Verbleib strahlender Altlasten im Weltraum. Die Weltraumsonde Galileo beispielsweise, die mit 24 kg Plutonium-238 an Bord 1989 von Astronauten der Raumfähre Atlantis auf ihren Flug durch das Sonnensystem geschickt wurde, soll am 21. Dezember 2003 durch kontrollierten Absturz in die Atmosphäre des Planeten Jupiter entsorgt werden. Experten versichern, dort könne das radioaktive Material keinen Schaden anrichten, nach einer sauberen Lösung klingt das aber nicht. Noch brennender ist der Verbleib von drei Dutzend Satelliten mit Plutoniumgeneratoren oder Uranreaktoren, die die Erde auf vorläufig sicheren Bahnen umkreisen, sich aber langsam der Erde nähern. Wird der Natur einfach Lauf gelassen, werden in den nächsten 650 Jahren etliche hundert Kilogramm Plutonium und etwa eine Tonne hochangereichertes Uran beim Absturz dieser Satelliten in der Erdatmosphäre verglühen und ihre radioaktive Fracht über die ganze Erde verteilen – mit unabsehbaren Folgen für die ganze Natur und Menschheit.

Ebenfalls schwerwiegend wären die Folgen eines Unfalls mit nuklearem Raketenantrieb. Die Fehlerrate beim Start von Weltraummissionen mit bewährter Technologie beträgt nach konservativen Werten zwischen 5 und 10 Prozent, selbst die NASA geht von einem Umfall bei 20 Starts aus. Das entspricht wohl kaum der in den Prinzipien für nukleare Weltraumtechnologie geforderten „geringen Unfallwahrscheinlichkeit“.

Wissenschaftler und Politiker tragen Verantwortung für die Entscheidungen, die sie treffen, und für die Projekte, an denen sie arbeiten. Sie müssen sich folglich entscheiden, wo für sie zulässige Grenzen erreicht sind: Bei elf nuklearen Heizern mit jeweils einem Gramm Plutonium zum Schutz empfindlicher Instrumente wie bei den zwei für Mai und Juni 2003 geplanten Starts des NASA-Projekts Mars Exploration Rover-2003? Bei leistungsfähigeren Generatoren mit »nur« noch zwei bis drei kg Plutonium? Oder erst bei Reaktoren mit 97% angereichertem Uran-235 für bis zu 400 kWe?

Sowohl bei nuklear als auch bei solar gespeisten Weltraummissionen ist bislang die Reduzierung des Strombedarfs von wissenschaftlichen Instrumenten Stand der Technik.¹⁸ Dreht sich die Sichtweise jetzt um? Sollen in Zukunft nukleare Reaktoren den Einsatz stromintensiver Geräte zur Erkundung und Nutzung des Weltraums ermöglichen? Wo sind die Grenzen – welches Risiko ist uns die Erforschung des tiefen Weltraums wert? Wo ist der Zugewinn für die Menschheit im Vergleich zu den Gefahren?Diese letzte Frage betrifft auch den erhofften wirtschaftlichen und militärischen Nutzen: Schon heute wird darüber nachgedacht, dass der Strom aus Kernreaktoren auf dem Mars die Rohstoffausbeute ermöglichen könnte. Und die US-Luftwaffe scheint in der Luft für Recht zu halten was im Weltraum billig ist: Sie erstellt gegenwärtig eine Machbarkeitsstudie über eine nukleare Version der Drohne Global Hawk, die monatelang unbemannt über einem zu beobachtenden Zielgebiet oder Objekt kreisen könnte.¹⁹

Aus Wien verlautet, die USA wollen im Technical & Scientific Subcommittee des UN Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (UNCOPUOS) Kernenergie wieder auf die Tagesordnung setzen. Das lässt nichts Gutes ahnen.

Anmerkungen

¹⁾ Erhellende Informationen zu einer eventuellen radioaktiven Kontamination durch das Shuttle-Unglück sind nach wie vor nicht erhältlich.

²⁾ 20^th Annual Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion; unter Vorsitz von Professor Mohamed S. El-Genk, Director des Institute for Space and Nuclear Power Studies der University of New Mexico; Programm und Abstracts unter http://www.unm.edu/~isnps/staif/archives/index.html

³⁾ Frank Morring, Jr.: NASA Targets Jupiter’s Icy Moons With First Nuke-Propulsion Probe, Aviation Week & Space Technology, 10.2.2003.

⁴⁾ Informationen zur laufenden Entwicklung von nuklearen Weltraumsystemen finden sich u.a. im Schwerpunkt Space Nuclear Power der Zeitschrift Nuclear News, herausgegeben von der American Nuclear Society im Dezember 2002.

⁵⁾ Russia to provide US space program with nuclear fuel: official, AFP, 26.2.2003

⁶⁾ Nuclear Energy Research Advisory Committee, Subcommittee for Long Term Planning for Nuclear Energy Research, Summary Report, Nuclear Waste Technology and Space Nuclear Systems R&D Working Group, October 18-20, 1999 Workshop. Die Arbeitsgruppe gab folgendes zu Protokoll: „Some participants were concerned about relying on Russian supplies for Pu-238. The US might be supporting a production scheme that is counter to US environmental and proliferation goals.“ http://www.ne.doe.gov/nerac/LTRDP-Appendices.pdf

⁷⁾ www.ampsys.com/spacepower.htm; AMTEC = alkali metal thermal to electrical conversion.

⁸⁾ Weitere Informationen zu den entsprechenden NASA-Plänen finden sich auf der Website der NASA Power and On-Board Propulsion Technology Division unter http://powerweb.grc.nasa.gov/sitemap.html. Allerdings ist der Zugang zu etlichen Unterseiten seit einiger Zeit gesperrt.

⁹⁾ NASA Glenn Research Center: Thermo-Mechanical Systems Branch, Stirling Radioisotope Power for Deep Space. Available Today for Tomorrow’s Needs, http://www.grc.nasa.gov/WWW/tmsb/stirling/doc/stirl_radisotope.html

¹⁰⁾ Für die Beantwortung von Verständnisfragen zu diesem Themenkomplex bin ich Marietta Benkö zu Dank verpflichtet.

¹¹⁾ Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, including the Moon and Other Celestial Bodies, in Kraft getreten 1967.

¹²⁾ Agreement Governing the Activites of States on the Moon and Ohter Celestial Bodies, in Kraft getreten 1984, allerdings wurde dieses Abkommen von keiner der relevanten Weltraumnationen ratifiziert oder unterzeichnet.

¹³⁾ Treaty Banning Nuclear Weapon Tests in the Atmosphere, in Outer Space And Under Water, in Kraft getreten 1963.

¹⁴⁾ Convention on International Liability for Damage Caused by Space Objects, in Kraft getreten 1972.

¹⁵⁾ Principles Relevant to the Use of Nuclear Power Sources, in Outer Space, Resolution der UN-Vollversammlung vom 14. Dezember 1992 (Res. 47/68).

¹⁶⁾ Zu nennen sind hier besonders der Wiedereintritt von Kosmos-954 in die Erdatmosphäre im Jahre 1978, wobei 31 kg hoch angereichertes Uran über Kanada freigesetzt wurden. Vier Jahre später verglühte die gleiche Menge Uran bei einem Unfall von Kosmos-1402. Bereits 1964 verteilten sich bei einem Unfall des amerikanischen Satelliten Transit 5-BN-2 mehr als 2 kg in einem Generator enthaltenes Plutonium-238, die anschließend über die ganze Welt verteilt wurden. 1996 brach beim Absturz die russische Sonde Mars-96 auseinander und verteilte das radioaktive Inventar mit 200 g Plutonium über dem Grenzgebiet von Bolivien und Chile. Siehe auch Regina Hagen: Nuclear Powered Space Misssions – Past and Future, in Martin B. Kalinowski (Hrsg.): Energy Supply for Deep Space Missions, IANUS-Arbeitsbericht 5/1998.

¹⁷⁾ Siehe z.B. Roland Wolff: Plutonium Releases into the Atmosphere, in Bender, Hagen, Kalinowski, Scheffran (Hrsg.): Space Use and Ethics, Darmstädter interdisziplinäre Beitrage 5/I, agenda, 2001.

¹⁸⁾ Siehe z.B. Göstar Klingelhöfer: German Participation in the NASA ‚Mars Surveyor‘ Program, in: Bender et. al.: op. cit.

¹⁹⁾ Duncan Graham-Rowe: Nuclear-powered drone aircraft on drawing board, New Scientist, 19.2.2003.

Regina Hagen ist Koordinatorin des International Network of Engineers and Scientists Against Proliferation (www.inesap.org) und Vorstandsmitglied des Global Network Against Weapons and Nuclear Power in Space (www.space4peace.org).