Sonnensegel (Raumfahrt)
Ein Sonnensegel (oder Lichtsegel oder Photonensegel) ist eine vorgeschlagene Methode des Raumfahrzeugantriebs, bei der der durch Sonnenlicht ausgeübte Strahlungsdruck genutzt wird. Das Wort "Segel" steht in Analogie zu Booten, die ein Segel benutzen, um sich mit Hilfe des Windes zu bewegen. Das Konzept wurde erstmals im 17. Jahrhundert von Johannes Kepler vorgeschlagen. Er hatte die Theorie, dass Segel an "himmlische Brisen" angepasst werden könnten.
1865 veröffentlichte James Clerk Maxwell seine Theorie der elektromagnetischen Felder und der Strahlung. Er zeigte, dass Licht (eine Form der elektromagnetischen Strahlung) Druck auf ein Objekt ausüben kann. Dieser Druck wird als Strahlungsdruck bezeichnet. Dies lieferte eine Grundlage für die Wissenschaft hinter dem Sonnensegel. Sonnenstrahlung übt aufgrund von Reflexion und einem kleinen Anteil, der absorbiert wird, einen Druck auf das Segel aus.
Der Sonnendruck wirkt auf Raumfahrzeuge, im Weltraum oder in der Umlaufbahn um einen Planeten. Ein typisches Raumfahrzeug, das zum Mars fliegt, wird zum Beispiel durch den Sonnendruck um Tausende von Kilometern verschoben. Die Auswirkungen werden in der Planung vorhergesagt. Dies geschieht seit der Zeit der frühen interplanetaren Raumschiffe in den 1960er Jahren. Der Sonnendruck wirkt sich auch auf die Ausrichtung eines Raumschiffs aus, ein Faktor, der bei der Planung von Raumfahrzeugen berücksichtigt wird.
Das Konzept des Sonnensegels wurde später in der Science-Fiction verwendet, wie etwa in den Werken von Jules Verne.
Wie ein Sonnensegel (mit einem kleinen Raumschiff) aussehen könnte.
Ein 20x20m-Testsegel
Die Theorie
Die Idee eines Sonnensegels besteht darin, den Strahlungsdruck der Sonne zu nutzen, um ein Raumfahrzeug zu bewegen, wahrscheinlich unter Verwendung großer Spiegel (große lichtreflektierende Flächen). Der Nachteil dieser Methode ist, dass der erzeugte Schub sehr klein ist. Der Vorteil ist, dass kein Treibstoff benötigt wird (solange es Licht gibt). Folglich wird sie als eine mögliche Option für zukünftige Raumfahrzeuge betrachtet. Bislang wurden nur kleine Testversionen als Experimente eingesetzt.
Die Gesamtkraft, die zum Beispiel auf ein 800 mal 800 Meter großes Sonnensegel ausgeübt wird, beträgt in der Entfernung der Erde von der Sonne etwa 5 Newton (1,1 lbf), was es zu einem Antriebssystem mit geringer Schubkraft macht, ähnlich wie bei Raumfahrzeugen, die von Elektromotoren angetrieben werden. Da es keinen Treibstoff verwendet, wird die Kraft fast ständig ausgeübt. Die kollektive Wirkung über die Zeit ist groß genug, um als Antrieb für Raumfahrzeuge angesehen zu werden.
Geschichte
Pläne für die erste Anwendung des Konzepts wurden in den 1970er Jahren von Bruce Murray und Louis Friedman, zwei Forschern am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, erstellt.
Am 21. Mai 2010 startete Japans Raumfahrtbehörde JAXA (Japan's Space Exploration Agency) erfolgreich das Sonnensegel IKAROS (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). Es benutzte ein Sonnensegel im Weltraum zwischen Erde und Venus. Dies war der erste erfolgreiche Einsatz eines Sonnensegels.
Im Jahr 2010 hat die NASA das Solarsegelboot NANOSEL-D2 gestartet. Dies war der erste Erfolg des NASA-Solarsegelbootes.
Am 2. Juli 2019 startete die in den Vereinigten Staaten ansässige Planet Society den Satelliten LightSail 2, der mit Hilfe der Sonnensegel-Technologie entworfen wurde. Der leichte Satellit wurde mit der Falcon Heavy-Rakete von SpaceX vom Kennedy Space Center in Florida gestartet. Es handelte sich um eine Low-Budget-Mission, die durch Spenden von 50.000 Mitgliedern finanziert wurde. Das Gesamtbudget betrug weniger als 7 Millionen USD. Ende Juli 2019 eröffnete LightSail 2 sein Sonnensegel. Dies dauerte etwa 3 Minuten.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Sonnensegel?
A: Ein Sonnensegel (oder Lichtsegel oder Photonensegel) ist eine vorgeschlagene Methode für den Antrieb von Raumfahrzeugen durch den Strahlungsdruck des Sonnenlichts.
F: Wer hat das Konzept des Sonnensegels zuerst vorgeschlagen?
A: Das Konzept wurde erstmals im 17. Jahrhundert von Johannes Kepler vorgeschlagen.
F: Was hat James Clerk Maxwell veröffentlicht, das die Grundlage für die Wissenschaft des Sonnensegels bildete?
A: James Clerk Maxwell veröffentlichte seine Theorie der elektromagnetischen Felder und der Strahlung, aus der hervorging, dass Licht (eine Form der elektromagnetischen Strahlung) einen Druck auf ein Objekt ausüben kann, der als Strahlungsdruck bezeichnet wird.
F: Wie wirkt der Sonnendruck auf Raumfahrzeuge?
A: Der Sonnendruck wirkt auf Raumfahrzeuge im Weltraum oder in der Umlaufbahn um einen Planeten, verschiebt sie um Tausende von Kilometern und beeinflusst ihre Ausrichtung.
F: Wann wurde dieser Effekt erstmals bei der Planung interplanetarer Missionen berücksichtigt?
A: Das wurde schon bei den ersten interplanetaren Raumfahrzeugen in den 1960er Jahren getan.
F: In welchen anderen Zusammenhängen wurde das Konzept des Sonnensegels verwendet?
A: Das Konzept des Sonnensegels wurde auch in der Science-Fiction verwendet, zum Beispiel in den Werken von Jules Verne.
