Raumfahrt: Neuartiges Lichtsegel zentriert sich automatisch

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Bildquelle: Nasa

Die Verwendung von Beugungsgittern statt reflektierender Flächen könnte Antrieb von Minisonden per Laser vereinfachen.

Laserstrahlen nicht reflektieren, sondern gezielt ablenken – das könnte nach Ansicht eines Forscherteams aus den USA die Lösung für das Konzept von Lichtsegeln als Antrieb für Mini-Raumsonden sein, die innerhalb von Jahrzehnten zu anderen Sternen fliegen. Die Forscher konnten in Experimenten zeigen, dass sich solche Segel selbständig zentrieren und so eines der Hauptprobleme dieses Antriebskonzepts beheben. Damit rücke die technische Realisierung von lasergetriebenen interstellaren Raumsonden näher, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Physical Review Letters“.

„Die Möglichkeiten herkömmlicher Raketenantriebe sind ausgereizt“, erklärt Teamleiter Grover Swartzlander vom Rochester Institute of Technology im US-Bundesstaat New York. Denn bei dieser klassischen Antriebstechnik muss der Treibstoff mitgeführt werden – für Missionen zu anderen Sternen eine unüberwindliche Hürde. Lichtsegel sind eine Alternative. Zwar ist der durch Sonnenlicht oder Laserstrahlen ausgeübte Druck gering. Doch dafür sei die verfügbare Energie im Prinzip unbegrenzt, so der Forscher, da sie von außen zugeführt werden könne.

Die Raumfahrtorganisationen der USA und Japans haben bereits erfolgreich Lichtsegel im erdnahen Raum getestet. Und im Rahmen seines Projekts „Breakthrough Starshot“ plant der russische Milliardär Juri Milner die Entsendung briefmarkengroßer Sonden in das 4,37 Lichtjahre entfernte System Alpha Centauri – beschleunigt durch extrem energiereiche Laser auf der Erde. Doch bei diesem Konzept gibt es ein Problem: Kleine Abweichungen in der Ausrichtung des Lasers oder der Sonde können das Raumfahrzeug aus der Bahn werfen.

Swartzlander und seine Kollegen haben in ihren Experimenten statt der bei Lichtsegeln bislang üblichen reflektierenden Folien jetzt Beugungsgitter aus Flüssigkristallen verwendet. Diese Gitter lassen das Licht zwar durch, lenken es aber unter einem definierten Winkel ab und sorgen so ebenfalls für Schub. Durch die Kombination von zwei Flächen mit entgegengesetzten Ablenkungen konnten die Forscher ein Segel konstruieren, dass sich automatisch zentriert: Jeder Fehler in der Ausrichtung führte sofort zu einer gegen diese Abweichung gerichtete Kraft.

Die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa zeigt sich bereits an dem neuartigen Konzept interessiert. Die Ausrichtung des Segels sei „ein kritischer Schritt“ bei der praktischen Umsetzung von lasergetriebenen Lichtsegeln, sagt Les Johnson vom Marshall Space Flight Center der Nasa. Doch es gebe noch eine Reihe offener Fragen – wie etwa die Stabilität des Materials des Beugungsgitters unter hochenergetischer Laserstrahlung. Immerhin, „die Technologie macht Fortschritte“, so Swartzlander. Aber bis zur Umsetzung einer interstellaren Weltraummission ist es noch ein weiter Weg.

Quelle: doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.244302 

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