Raumfahrt

Forscher wollen Raumschiff mit Sonnensegel antreiben

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Im luftleeren Weltraum gibt es keinen Wind. Allerdings könnte das Licht der Sonne auf ein Segel drücken und damit ein Raumschiff oder eine Raumsonde bewegen.

Es ist zwar nur eine winzige Kraft, die da wirkt, aber Forscher versprechen sich von ihr sogar, die uns nächstgelegenen Sterne erreichen zu können.

 Segeln mit dem Druck des Sonnenlichts

Man kann tatsächlich mit dem Druck des Sonnenlichts durchs All segeln. Zwei Raumsonden haben schon vor ein paar Jahren gezeigt, dass das grundsätzlich klappt: Es waren Ikaros (Japan 2010) und LightSail2 (USA 2019). Allerdings ist der Druck des Sonnenlichts im All so gering, dass man gut beraten ist, das Segel so leicht wie nur möglich zu bauen.

Dieses von LightSail 2 am 13. Februar 2020 aufgenommene Bild zeigt Schatten von den Sonnenkollektoren des Raumfahrzeugs auf dem Sonnensegel.  (Foto: Pressestelle, The Planetary Society)
Dieses von LightSail 2 am 13. Februar 2020 aufgenommene Bild zeigt Schatten von den Sonnenkollektoren des Raumfahrzeugs auf dem Sonnensegel. Pressestelle The Planetary Society

Und da hat das deutsch-estnische Startup Scale nanotech nun ein wegweisendes Experiment durchgeführt. Die Forscher haben das dünnste Material, das man sich überhaupt vorstellen kann, auf seine Tauglichkeit als Weltraumsegel getestet. 

 Dünnstes Material wird im Fallturm getestet

Das dünnste Material - das ist Graphen, ein Stoff, der nur eine einzige Atomschicht dünn ist. Ein Kohlenstoffatom liegt in dieser Folie neben dem anderen, aber keines darüber oder darunter. Dünner und leichter geht es nicht. 

Ein winziger Schnipsel dieses Materials wurde jetzt getestet. In einem Fallturm in Bremen. So ein Fallturm ist dafür da, dass man aus 100 Meter Höhe irgendwelches Dinge fallen lassen kann. Denn im freien Fall herrscht fast Schwerelosigkeit. Und dieser Fallturm ist in seinem Inneren auch noch luftleer – also Vakuum und  Schwerelosigkeit, eine prima Weltraumsimulation für die kurze Zeit des Fallens. 

Eine deutsch-estnische Firma hat das ultradünne Material für das Sonnensegel entwickelt. In einem Fallturm wird das Material jetzt getestet. (Foto: Pressestelle, ESA)
Eine deutsch-estnische Firma hat das ultradünne Material für das Sonnensegel entwickelt. In einem Fallturm wird das Material jetzt getestet. Pressestelle ESA

 Lichtbremse so effektiv wie Hochhausfahrstuhl

Während nun also das millimeterkleine Segel aus dem dünnsten Material der Welt im Innern des Turm in die Tiefe fiel, wurde es von unten mit Laserlicht beschossen. Der Lichtdruck eines recht zarten 1 Watt Lasers reichte aus, um das Segelchen mit der Bremsverzögerung abbremsen zu lassen, die der eines Hochhausfahrstuhls ähnelt.  

In einem Fallturm wird das ultradünne Material in annähernder Schwerelosigkeit auf seine Weltraumtauglichkeit getestet. (Foto: Pressestelle, ESA)
In einem Fallturm wird das ultradünne Material in annähernder Schwerelosigkeit auf seine Weltraumtauglichkeit getestet. Pressestelle ESA

Mit dem Solarsegel zum Nachbarstern ins All

Das Testsegel war nur Quadratmillimeter klein, aber ein kilometergroßes und trotzdem superleichtes Segel herzustellen, das sollte grundsätzlich möglich sein. Und mit diesem riesengroßen aber nur ein paar hundert Gramm wiegenden Segel wäre es technisch möglich, eine ebenfalls sehr leichte Sonde zu Alpha Centauri zu schicken, unserem Nachbarstern im All.

Eine Raumkapsel bewegt sich mit Sonnensegeln in Richtung von Alpha Centauri (Illustration). (Foto: IMAGO, imago/StockTrek Images)
Mit Sonnensegeln ausgestattete Raumkapseln oder Raumschiffe können in kürzerer Zeit größere Entfernungen im All zurücklegen. Diese Illustration zeit, wie sich eine Raumkapsel mit Sonnensegel in Richtung von Alpha Centauri bewegt. imago/StockTrek Images

Solarsegel im Endeffekt schneller als Raketenantrieb

Der Druck des Sonnenlichts im Segel der Sonde wäre zwar nur gering, aber die beschleunigende Kraft wird über lange Zeit, solange Sonnenlicht ins Segel fällt, wirken. Die Sonde wird dadurch letzten Endes viel schneller als mit Raketenantrieb durchs All schießen und könnte Alpha Centauri innerhalb weniger Jahrzehnte erreichen – statt, wie mit den bislang üblichen Antriebstechnologien, innerhalb von Jahrtausenden.  

Das Startup Scale nanotech sucht nun Industriepartner, um ein erstes, richtig großes Graphen-Weltraumsegel bauen zu können. 

Mit dünnen Graphen-Segeln könnte man von der Sonne angetrieben durchs All segeln. (Foto: Pressestelle, ESA)
Mit dünnen Graphen-Segeln könnte man von der Sonne angetrieben durchs All segeln. Pressestelle ESA
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