Wo Sie im Weltraum reisen können, hängt davon ab, wie viel Treibmittel Sie an Bord Ihrer Rakete haben und wie effizient Sie es einsetzen können. Sie müssen sie nur fangen.
Und gerade testet das neue LightSail 2-Raumschiff der Planetary Society, wie gut es funktionieren wird.
Sonnensegel sind eine geniale Idee, an die Johannes Kepler bereits im 17. Jahrhundert dachte, als er sich vorstellte, dass Segel und Schiffe an die Raumfahrt angepasst werden könnten. Natürlich verstand er die Physik noch nicht vollständig.
Mit wichtigen Entdeckungen in der Teilchenphysik und der Quantenmechanik im frühen 20. Jahrhundert erkannten die Wissenschaftler, dass Licht selbst wie ein Wind wirken kann, der ein Segel im Weltraum bläst.
Obwohl Photonen keine Masse haben, können sie einen Impuls verleihen, wenn sie von einer stark reflektierenden Oberfläche abprallen - dies ist ein leichtes Segel. Es ist nicht sehr viel, aber im Vakuum des Weltraums gibt es keinen Luftwiderstand, um das Segel zu verlangsamen. Mit genügend Photonen und genügend Zeit kann ein leichtes Segel auf unglaublich hohe Geschwindigkeiten beschleunigen.
Mit einer chemischen Rakete könnten Sie die gesamte Masse des beobachtbaren Universums in Raketentreibstoff umwandeln und würden ein kleines Raumschiff nicht schneller als 0,2% der Lichtgeschwindigkeit zum Laufen bringen. Aber ein leichtes Segel kann Sie theoretisch zu relativistischen Geschwindigkeiten führen und in einem menschlichen Leben von Stern zu Stern reisen.
Warum gibt es nicht überall Sonnensegel, da unbegrenzt freies Treibmittel von der Sonne kommt und große Geschwindigkeiten möglich sind?
Gute Frage.
Es ist eine Frage, von der die Planetary Society seit Jahren besessen ist, und sie haben endlich ein echtes Sonnensegel gestartet, um herauszufinden, wie gut sie tatsächlich funktionieren.
Im Jahr 2005 versuchten sie, das erste Sonnensegel der Welt, Cosmos 1, zu starten, aber ein Raketenausfall zerstörte es. Dann machten sie sich wieder an die Arbeit und entwickelten LightSail 1, das 2015 gestartet wurde, und testeten erfolgreich ihren Einsatz von Sonnensegeln im Weltraum.
Und schließlich war die Planetary Society 2019 bereit, tatsächlich zu versuchen, im Weltraum zu segeln.
Am 25. Juni 2019 schoss ein SpaceX Falcon Heavy mit 24 Raumschiffen für die STP-2-Mission der US Air Force vom Cape Canaveral in Florida ab. Dies war das dritte Mal, dass der Falcon Heavy auf den Markt kam, und wir alle hatten gehofft, dass er seine mittlere Stufe erfolgreich erreichen würde. Äh, nicht so sehr, das steht noch auf der To-Do-Liste. Aber darum geht es in diesem Video nicht.
Zusätzlich zu den mysteriösen Luftwaffensatelliten beförderte Falcon Heavy das LightSail 2 der Planetary Society an Bord seines Prox-1-Träger-Raumfahrzeugs, das es in einer Höhe von 720 Kilometern freisetzte.
Am 23. Juli 2019 setzte das Raumschiff dann sein Sonnensegel ein.
Es öffnete seine schwenkbaren Solaranlagen und rollte dann vier bandmaßstabähnliche Segelausleger ab, wobei es seine vier dreieckigen Segel ausrollte und 32 Quadratmeter Segelfläche einsetzte.
Es ist wichtig zu beachten, dass dieses Raumschiff mit einem Gewicht von nur 5 kg oder 11 Pfund winzig ist und ungefähr die Größe eines Brotlaibs hat.
Während es die Erde umkreist, schwingt das Raumschiff seine Segel in das Sonnenlicht hinein und aus diesem heraus, wobei jede Periode seine Umlaufbahn um einige hundert Meter pro Tag erhöht.
Das klingt großartig, leider verfügt LightSail 2 nicht über die Steuerungssysteme an Bord, um seinen Winkel sorgfältig genug zu steuern, um unbegrenzt im Orbit zu bleiben.
Während es seine Umlaufbahn auf einer Seite der Erde um mehrere hundert Meter pro Tag erhöht, kann es die Segel nicht genau genug neigen, um zu verhindern, dass seine Umlaufbahn auf der anderen Seite des Planeten abgesenkt wird. Schließlich taucht es in die Erdatmosphäre ein und verbrennt.
Hoffentlich haben die Ingenieure der Planetary Society endlich gelernt, wie praktisch ein Sonnensegel für die Erforschung des Weltraums sein kann.
Es befindet sich immer noch im Orbit und sendet fantastische Bilder von unserem Heimatplaneten zurück.
Da LightSail 2 der Planetary Society Daten nach Hause sendet und Missionscontrollern das Segeln im Weltraum beibringt, sind dies wertvolle Lektionen für zukünftige Missionen, die diese Technologie als tatsächliche Antriebsmethode verwenden könnten.
Eine Mission in Arbeit ist der erdnahe Asteroid Scout oder NEA Scout der NASA. Diese Cubesat-Mission könnte als sekundäre Nutzlast mit dem ersten Test des Space Launch Systems der NASA, der nicht besetzten EM-1-Mission, fliegen, die bereits im Juni 2020 starten könnte.
Nach dem Einsatz von der Orion-Kapsel entfaltete NEA Scout seine Sonnensegel, doppelt so groß wie LightSail 2, und reiste dann zwei Jahre lang zu einem erdnahen Asteroiden, um ihn aus der Nähe zu untersuchen.
Wir kennen das Ziel noch nicht, aber ein potenzielles Ziel könnte das erdnahe Objekt 1991 VG sein, das 1991 kurz vor der Entfernung von der Erde zum Mond entdeckt wurde. Und dann kam es im August 2017 zurück. Wir wollen dieses Gestein als potenzielle Bedrohung im Auge behalten, aber auch als Schatzkammer von Metallen und Mineralien, die die zukünftige Erforschung des Sonnensystems unterstützen könnten.
Eine weitere Mission, die ein Sonnensegel verwenden könnte, ist Japans Oversize Kite-Craft für Exploration und Astronautik im Outer Solar System oder OKEANOS. Dies wäre eine Mission für die trojanischen Asteroiden, die sich an den Sun-Jupiter-Lagrange-Punkten L4 und L5 befinden.
Dies ist ein idealer Ort, um Asteroiden zu untersuchen, da Jupiter und die Schwerkraft der Sonne eine große Anzahl an einem Ort gefangen haben und eine Mission leicht viele verschiedene Asteroiden untersuchen kann.
OKEANOS hätte ein hybrides Sonnensegel, das mit Sonnenkollektoren bedeckt wäre, mit denen es auch Strom für seine Instrumente und seinen Ionenmotor liefern würde.
Japan war eines der ersten Länder, das jemals ein Sonnensegel mit seiner IKAROS-Mission getestet hat, die 2010 eingesetzt wurde, und schließlich mit dem Sonnensegel Hunderte von Metern pro Sekunde an Geschwindigkeit gewonnen hat.
OKEANOS könnte sogar mit einem Lander kommen. Dank ihrer Erfahrung mit Hayabusa2 und dem Asteroiden Ryugu hat die JAXA enorm viel über das Landen und Sammeln von Proben von winzigen Asteroiden gelernt.
Wenn alles gut geht, wird OKEANOS Mitte der 2020er Jahre an Bord einer H-IIA-Trägerrakete starten und dabei mehrere Schwerkrafthilfen einsetzen, um die Reise nach Jupiter anzutreten. Und wenn die Mission wirklich erfolgreich ist, bringt sie möglicherweise sogar eine Probe eines trojanischen Asteroiden nach Hause.
Die NASA erwägt sogar, dem Deep Space Lunar Gateway ein Sonnensegel hinzuzufügen. Bei einer speziellen Planungsveranstaltung für das Deep Space Gateway im Jahr 2017 stellten Mitglieder der kanadischen Weltraumbehörde das Konzept eines Sonnensegels vor, das der Station hinzugefügt werden könnte. Das anhaltende Licht der Sonne würde einen konstanten Schub liefern, mit dem die Station ihre Umlaufbahn ohne Antrieb aufrechterhalten könnte. Auf einem kanadischen Roboterarm - was auch immer - könnte ein 50 Quadratmeter großes Sonnensegel der Station 9 kg Hydrazin pro Jahr ersparen, was teuer ist, um es von der Erde zum Mond zu transportieren.
Eine Mission, mit der Sie wahrscheinlich vertraut sind, ist das Breakthrough Starshot-Konzept. Anstatt Licht von der Sonne als Antrieb zu verwenden, hofft Breakthrough Starshot, leistungsstarke Laser zu verwenden, die winzige Satelliten auf interstellare Geschwindigkeiten beschleunigen.
Dies könnte das erste Raumschiff sein, das Bilder von einem anderen Sternensystem nach Hause sendet. Wir haben eine ganze Episode über diese und eine weitere schwerere Lasersegelmission namens Project Dragonfly gemacht.
Leider hat es für Weltraumagenturen länger gedauert, Sonnensegel in ihre Missionen einzubeziehen, als ich gehofft hätte. Es ist verständlich, dass sie kompliziert und zerbrechlich sind und eine genaue Orientierung erfordern. Es ist sinnvoll, dass Missionsplaner bewährte chemische Raketen oder effiziente Ionenmotoren einsetzen, um ihre Raumschiffe über das Sonnensystem zu treiben.
Da jedoch immer mehr Sonnensegel auf den Markt gebracht und getestet werden, werden die Ingenieure zuversichtlicher, wie sie im Rahmen einer Mission am besten eingesetzt werden können. Ich kann mir eine Zukunft vorstellen, in der fast jede Mission ein Backup-Sonnensegel an Bord hat, für den Fall, dass mit dem Hauptmotor etwas schief geht.
Ich war schon immer fasziniert von der Möglichkeit des Sonnensegelns und habe jede Entdeckung beobachtet und bin vor Aufregung vorwärts gegangen. Ich bin wirklich froh, dass die Planetary Society es mit ihren Tests so weit geschafft hat. Sie haben die gesamte Mission für 7 Millionen Dollar durchgeführt, finanziert von Mitgliedern der Planetary Society, Privatpersonen und einer Kickstart-Kampagne. Wenn Sie diese und zukünftige Missionen unterstützen möchten, um das Sonnensystem zu erkunden, besuchen Sie planetary.org, um mehr zu erfahren.
