Raumfahrt: Per Solar segeln im All

Raumfahrt: Per Solar segeln im All

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Raumsonde Ikaros: Asteroiden und Nachbarplaneten erforschen

Angetrieben mit Sonnenlicht soll die Raumsonde Ikaros bis zur Venus fliegen. Ist sie das Perpetuum mobile der Raumfahrt?

Nicht mal ein laues Lüftchen regte sich über dem ostchinesischen Meer, als Ende Mai die Trägerrakete H-IIA F17 vom japanischen Raumfahrtbahnhof Tanegashima in den Himmel schoss.

Mieses Segelwetter zwar, doch die Steuermänner der Raumsonde Ikaros störte das nicht. Sie wollen ihre Takelage erst draußen im Weltall aufrichten, wo niemals der Wind weht, aber dauernd die Sonne scheint.

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Es ist der Startschuss zu einem der erstaunlichsten Segelturns in der Geschichte der Menschheit. 77 Millionen Kilometer weit soll die Reise gehen, bis in die Umlaufbahn der Venus, und das ohne einen Tropfen Treibstoff. Bestückt mit einem rund 14 mal 14 Meter großen reflektierenden Segel, soll sich die Sonde allein mit dem Impuls auftreffender Lichtteilchen, sogenannten Photonen, fortbewegen. Die Funktionsweise solcher Sonnensegel wurde schon vor Jahrzehnten theoretisch beschrieben.

Ikaros soll nun beweisen, dass damit wirklich Reisen quer durch das Sonnensystem möglich sind.

Wenige Kilogram leichte Sonnensegel

Wenn die Mission gelingt, hat die japanische Raumfahrtagentur Jaxa so etwas wie das Perpetuum mobile der Raumfahrt gefunden.

Statt Hunderte Liter Treibstoff ins Weltall zu befördern, könnten Raumsonden künftig mit einem wenige Kilogramm leichten Sonnensegel starten. Einmal im Orbit, ließen sich die Sonden jahrelang treibstofflos durch das Sonnensystem manövrieren, um Asteroiden und Nachbarplaneten zu erforschen. Auch Weltraumteleskope ließen sich mit der neuen Technik in Position halten oder Mondsatelliten, die Funkkontakt zu Objekten auf der erdabgewandten Seite des Mondes herstellen.

Was utopisch klingt, ist zunächst nüchterne Physik: Photonen, die auf eine reflektierende Folie treffen, geben ihren Impuls an diese ab. Zwar ist der Lichtdruck in Erdentfernung von der Sonne mit neun Mikropascal schwach, nämlich mehrere 100-mal geringer als hörbarer Schall.

Doch im Vakuum kann ein Sonnensegel mit der Zeit ungehindert Fahrt aufnehmen und dann deutlich schneller als herkömmliche Raumschiffantriebe werden. „Wenn Sie über mehrere Monate hinweg beschleunigen, können Sie pro Jahr einige Hundert Millionen Kilometer zurücklegen“, sagt Joachim Block vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Merkur, ein beliebtes Studienobjekt von Astronomen, wäre damit in wenigen Monaten erreicht. Mit geschicktem Manövrieren kann eine Sonnensegel-Sonde auch zunächst wie ein kreuzendes Segelschiff auf die Sonne zufliegen, um im stärkeren Licht Schwung zu holen.

Doch die technischen Herausforderungen des neuen Antriebs sind gewaltig. Das Material des Sonnensegels muss extrem widerstandsfähig sein, darf aber nur wenige Gramm pro Quadratmeter wiegen, um im schwachen Lichtdruck Fahrt aufnehmen zu können. Das Segel von Ikaros besteht aus Polyamid und ist nur 0,0075 Millimeter stark, noch dünner als Haushaltsfolie. Es sei aber „robust gegen Zugkraft, extreme Hitze und kosmische Strahlung“, sagt Yuichi Tsuda, Assistenzprofessor bei der Jaxa.

Einer der heikelsten Momente der Mission ist die Entfaltung des Segels.

Dazu sollen Treibstoffdüsen die Sonde in Drehung versetzen, den Rest erledigt die Fliehkraft. „Wir haben zwar Computersimulationen durchgeführt, aber der erste wirkliche Test findet nun im All statt“, sagt Sonnensegel-Mitentwickler Tsuda. Wenn sich die Folie wie geplant voll ausbreitet, können die Forscher die neuartige Steuerung testen. Dazu sind Reflektoren auf dem Segel angebracht, die sich per Funkbefehl von zwei Bodenstationen aus mittels Spannung ein- und abschalten lassen und damit der Sonde einen Drall versetzen.

Sollte Ikaros der Flug zur Venus gelingen, dann wollen die Japaner noch in diesem Jahrzehnt ein Segel mit einer Diagonalen von 50 Metern ins All befördern. Auch das DLR will bis 2015 ein „einsatzfähiges“ Sonnensegel entwickeln, sagt DLR-Experte Block. Dann, frohlockt er, könnten bald voll ausgestattete Erkundungssonden „wie eine Yacht mit achtkantigem Wind“ auf Planetenreise gehen.

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