Ist es schon Zeit für Weltraumlaser? Fast.
Mit der Zeit werden Ideen, die einst auf Science-Fiction beschränkt waren, realistischer. Das gilt etwa für die Nutzung von Robotern zur Erforschung anderer Welten. Weltraumlaser sind ein häufig verwendetes Element in der Science-Fiction, und wir nähern uns der Zeit, in der sie Realität werden könnten.
Wo würden wir sie einsetzen und wofür könnten wir sie verwenden? In der Science-Fiction werden Laser überwiegend als mächtige Waffen eingesetzt. Während einige Länder die Idee untersuchen, Laser als Weltraumwaffen einzusetzen, beschränkt ein internationaler Vertrag ihre Verwendung.
Eine realistischere Verwendung von Lasern ist die Abwehr herannahender Asteroiden oder als Antriebssystem für Raumfahrzeuge. In einem neuen Artikel untersucht ein Forscher, wo im Weltraum ein riesiges Laser-Array positioniert werden könnte, um der Menschheit den größten Nutzen zu bringen und gleichzeitig das Risiko zu minimieren.
Die Forschungsarbeit trägt den Titel „Minimale Sicherheitsabstände für DE-STAR-Weltraumlaser“. Papier ist verfügbar auf der arXiv Preprint-Server, und Adam Hibberd von der Initiative for Interstellar Studies in London, Großbritannien, ist der alleinige Autor.
Zwar könnten Weltraumlaser auch zur Nutzung von Ressourcen oder in Laser-Entfernungsmesssystemen für Satelliten zur Kontrolle des Weltraumverkehrs eingesetzt werden, Hibberds Hauptaugenmerk liegt jedoch darauf, sie zum Schutz der Erde vor Einschlägen einzusetzen.
DE-STAR steht für Directed Energy Systems for Targeting of Asteroids and exploRation. Von allen diskutierten Weltraumlaser-Ideen ist DE-STAR wahrscheinlich die am besten untersuchte und entwickelte. Es würde aus einer modularen Phased-Array-Anordnung von Lasern bestehen, die von Solarzellen angetrieben werden. Es könnte die Oberfläche potenziell gefährlicher Objekte (PHO) auf etwa 3.000 Kelvin erhitzen. Das ist heiß genug, um alle bekannten Bestandteile von PHOs zu schmelzen. DE-STAR könnte auch zum Antrieb von Raumfahrzeugen eingesetzt werden.
Die Idee entstand 2013, als eine Gruppe von Forschern eine Papier mit dem Titel „DE-STAR: Phased-Array-Lasertechnologie für die Planetenverteidigung und andere wissenschaftliche Zwecke“. In ihrem Papier skizzierten sie die Idee für DE-STAR, ein Abstandslaser-Array.
Im Jahr 2016 veröffentlichten einige der gleichen Autoren ein weiteres Papier mit dem Titel „Gezielte Energiemissionen zur planetaren Verteidigung“. Es erweiterte DE-STAR und fügte DE-STARLITE hinzu, ein Stand-on-System, das in die Nähe eines sich nähernden Objekts geschickt werden würde, um es mit Lasern abzuwehren.
In beiden Fällen würde das System auf Sonnenenergie basieren. „DE-STAR ist ein quadratisches modulares Design, das die von Solarzellenbänken im Weltraum erzeugte Energie nutzt, um die Leistung eines Laserstrahls zu erzeugen und zu verstärken“, erklärt Hibberd in seinem neuen Artikel.
In der Literatur wird DE-STAR üblicherweise als DE-STAR n bezeichnet, wobei n normalerweise zwischen 0 und 4 liegt und die Größe der Laserbank bezeichnet. Je größer das Array, desto leistungsfähiger ist es. Je leistungsfähiger DE-STAR ist, desto effektiver kann es Asteroiden aus größerer Entfernung ablenken.
Während die Vorteile dieser Idee sofort klar sind, ergeben sich die Probleme bald darauf. Eine Bank leistungsstarker Weltraumlaser ist der Traum eines jeden Superschurken. Ihre Zerstörungskraft könnte immens sein. „Mit einer DE-STAR 4-Struktur (10 km × 10 km im Quadrat), die einen Laserstrahl in der Größenordnung von mehreren zehn Gigawatt erzeugen kann, besteht eindeutig das Potenzial, ein solches Gerät als Waffe einzusetzen und auf Ziele auf der Erde zu zielen“, schreibt Hibberd.
Wie kann dieses Risiko gemindert werden, damit das System zum Schutz der Erde und nicht als Waffe eingesetzt werden kann? Die einfache Lösung besteht darin, sie nicht in der Erdumlaufbahn einzusetzen. Die Laser verlieren mit zunehmender Entfernung an Energie, sodass sie in Entfernungen eingesetzt werden können, in denen sie keine Bedrohung darstellen. „Die Ergebnisse zeigen, dass es angesichts der Tatsache, dass sie 1 AE von der Sonne entfernt liegen sollten, mögliche Standorte für DE-STAR 0-2-Arrays gibt, an denen keine Gefahr für die Erde besteht“, schreibt Hibberd.
Natürlich ist der sichere Mindestabstand umso größer, je mehr Laser sich im Array befinden.
Für DE-STAR 4 oder sogar 5 würde diese Entfernung nicht ausreichen. Stattdessen müssten diese Laser viel weiter entfernt oder an Positionen im Sonnensystem ohne direkte Sichtlinie zur Erde platziert werden. Diese Systeme müssten ihre Position regelmäßig mit einem bordeigenen Antriebssystem korrigieren „oder vorzugsweise durch Rückstoß des Lasers selbst“, erklärt Hibberd.
Der Mindestsicherheitsabstand ändert sich auch je nach Wellenlänge des DE-STAR-Systems. Hibberd definiert den Mindestsicherheitsabstand als einen einzelnen Laser mit einer maximalen Intensität auf der Erdoberfläche von 100 Wm-2. „Oder etwa 10 % der Solarkonstante auf der Erde (1 AE von der Sonne entfernt)“, schreibt Hibberd. Für ein Infrarotsystem liegt der Mindestsicherheitsabstand knapp jenseits der geosynchronen Erdumlaufbahn (GEO). Am leistungsstärkeren Ende der Skala müsste ein UV-Laser jenseits des cislunaren Raums liegen.
Und noch ein weiterer Faktor muss berücksichtigt werden. Da DE-STAR seine Energie aus der Sonne bezieht, nimmt seine Leistung ab, je weiter es von der Sonne entfernt ist. „Dieser Rückgang ist eine Folge der Abnahme der Intensität des Sonnenflusses auf die Photovoltaikzellen, für die das umgekehrte Quadratgesetz gilt“, erklärt Hibberd.
Für die DE-STAR 1- und 2-Arrays sind die Mindestsicherheitsabstände nicht so groß. Hibberd weist darauf hin, dass für ein DE-STAR 2-Array die Lagrange-Punkte 4 und 5 von Sonne und Erde geeignet wären und keinen Antrieb erfordern würden. L4 und L5 sind etwa 400.000 km von der Erde entfernt.
Mit zunehmender Größe der Solaranlagen vergrößert sich jedoch der Mindestsicherheitsabstand rasch, im Gegenzug sinkt die verfügbare Solarenergie.
Ein DE-STAR 3 müsste irgendwo jenseits des Asteroidengürtels platziert werden. Wäre er ultraviolett, müsste er jenseits des Jupiters platziert werden.
Ein DE-STAR 4-Phased-Array-System müsste viel weiter entfernt aufgestellt werden. Es müsste etwa 30 – 40 AE entfernt sein, bei einem Ultraviolettsystem wäre es sogar noch weiter, nämlich etwa 70 AE von der Sonne entfernt.
Es gibt jedoch Standorte, an denen keine direkte Sichtlinie zur Erde besteht, und diese könnten als Standorte für leistungsstarke Arrays genutzt werden. Hibberd erklärt, dass der Lagrange-2-Punkt Erde/Mond und der Lagrange-3-Punkt Sonne/Erde beide keine direkte Sichtlinie haben, aber leider instabil sind.
„In beiden Fällen wird die Instabilität dieser Punkte dazu führen, dass der DE-STAR abdriftet und möglicherweise von der Erde aus sichtbar wird. Um dies zu verhindern, wäre also ein Antrieb an Bord erforderlich“, schreibt Hibberd. Es ist möglich, ein Array zu bauen, das physisch daran gehindert ist, auf die Erde zu zeigen, aber der Autor geht nicht auf diesen Aspekt des Problems ein.
Niemand baut eine DE-STAR-Phased-Array-Antenne, aber das heißt nicht, dass es zu früh ist, darüber nachzudenken. Diese Art von Technologie ist in Sicht, und es ist schwer vorherzusagen, welche Nation oder Nationen als erste eine solche Antenne bauen werden. Es gibt Verträge, die die Militarisierung des Weltraums verhindern sollen, aber nicht alle haben sie unterzeichnet. Es ist bekannt, dass einige Nationen Verträge unterzeichnen und sie dann trotzdem brechen. Man könnte auch argumentieren, dass dies keine Waffe ist.
Es dürfte nicht mehr lange dauern, bis ernsthafte Diskussionen über ein solches System in der breiten Öffentlichkeit auftauchen. Das wird sicherlich zu vielen politischen Schwierigkeiten und Streitereien führen, wenn die Nationen darüber streiten, was eine Waffe ist und was nicht.
Wenn die Zivilisation überleben soll, müssen wir irgendwann den gesamten Globus vor Asteroideneinschlägen schützen, sei es durch Phased-Laser-Arrays oder andere Systeme.
Weitere Informationen:
Adam Hibberd, Mindestsicherheitsabstände für DE-STAR-Weltraumlaser, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.08873