Raumfahrt: Mit einem Sonnensegel auf interplanetarische Reise

Ein Forschungsteam der Nasa hat den Einsatz von Sonnensegel für Miniatur-Raumfahrzeuge untersucht. Die Technologie könnte die Erkundung des Weltalls kostengünstiger gestalten.

Artikel veröffentlicht am 19. April 2023, 8:48 Uhr, Patrick Klapetz

Das Modell eines Sonnensegels im Maßstab 1:3 (Bild: Slava G. Turyshe, Darren Garber, Louis D. Friedman et al.)

Ein schnelles, kostengünstiges und leichtes Fortbewegungsmittel für den Weltraum? Ein Forschungsteam vom Jet Propulsion Laboratory der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa hat vorgeschlagen, Mini-Satelliten mit einem Solarenergieverfahren zu kombinieren: dem Sonnensegel.

Raumsonden, die mit einem Sonnensegel ausgestattet sind, bewegen sich in etwa wie ein Segelboot auf dem Wasser fort. Nur ist es hier nicht der Wind, der das Fahrzeug vorantreibt. "Der kontinuierliche Photonendruck der Sonne sorgt für Schub und macht schwere, verbrauchbare Treibstoffe überflüssig, die bei konventionellen chemischen und elektrischen Antriebssystemen an Bord verwendet werden und die die Lebensdauer der Mission und die Beobachtungsorte begrenzen", erklärt das Forschungsteam.

Dass dies funktioniert, bewies bereits die Planetary Society – eine gemeinnützige, nicht-staatliche Organisation, die die Erforschung des Sonnensystems und die Suche nach außerirdischem Leben unterstützen und vorantreiben will – mit ihren Raumsonden Lightsail und Lightsail 2.

Sonnensegel: Kostengünstige Antriebsform für Reisen durch Weltall

Laut den Forschenden ist ein Sonnensegel zudem weitaus kostengünstiger als die derzeit für den Antrieb verwendete Technik: "Sonnensegel erzeugen Schub, indem sie hochreflektierende, leichte Materialien verwenden, die das Sonnenlicht reflektieren, um ein Raumfahrzeug im Weltraum anzutreiben." Der kontinuierliche Photonendruck der Sonne erzeugt dabei stetig Schub. Sonnensegel-Raumsonden können dadurch beispielsweise im Schwebeflug durchs All fliegen oder schnelle Änderungen der Umlaufbahn vornehmen.

Sonnensegel und Miniaturisierung "sind im letzten Jahrzehnt so weit fortgeschritten, dass sie inspirierende und erschwingliche Missionen ermöglichen, die weiter und schneller in die äußeren Regionen unseres Sonnensystems vordringen", heißt es in dem Bericht. Die Verschmelzung beider Technologien wird von dem Forschungsteam als Sundiver-Konzept bezeichnet.

Das Sundiver-Konzept

Dank seiner verbesserten Manövrierfähigkeit kann das Raumfahrzeug bei Bedarf problemlos kleine Nutzlasten an mehrere Ziele transportieren und an verwandte modulare Raumfahrzeuge andocken. "Schnelle, kosteneffiziente und manövrierfähige Segelfahrzeuge, die außerhalb der Ekliptikebene reisen können, eröffnen neue Möglichkeiten für eine erschwingliche Erforschung des Sonnensystems", erklärt das Forschungsteam in seiner Studie.

"Ein wesentlicher Grund für die hohen Kosten ist unser [derzeitiger] Rückgriff auf langsame und teure chemische Antriebe, die an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit arbeiten und das derzeitige Paradigma der Erforschung des Sonnensystems unhaltbar machen. Ein neuer Ansatz ist erforderlich." Das könnte die Erforschung des Sonnensystems vereinfachen und die Raumfahrt mit kostengünstigeren Fahrzeugen ausstatten.

Jedoch ist die Technik noch nicht gut genug erforscht. Erst im November 2022 startete die Nasa die Nea-Scout-Mission (Near-Earth Asteroid Scout; erdnaher Asteroidenaufklärer). Bereits kurz nach dem Start brach der Kontakt zur Raumsonde ab und die Mission scheiterte. Weder das Sonnensegel konnte entfaltet werden, noch konnte mit der Raumsonde kommuniziert werden. Bis Sonnensegel-Raumfahrzeuge in unserem Sonnensystem in großer Anzahl umherfliegen werden, wird noch einige Zeit vergehen.

Zur Studie

Die Studie Science opportunities with solar sailing smallsats (Wissenschaftliche Möglichkeiten mit solarbetriebenen Kleinsatelliten) wurde in ihrer zweiten Version am 6. April 2023 auf dem Pre-Print-Server Arxiv.org eingereicht.