So wie Meeresbrisen Segelboote über das Meer auf der Erde treiben, könnte Sonnenstrahlung eines Tages in der Lage sein, Raumschiffe zwischen den Sternen voranzutreiben. Das ist zumindest die Hoffnung des französischen Startups Gama.
Das Luft- und Raumfahrtunternehmen wurde 2020 von Louis de Gouyon Matignon, Thibaud Elziere und Andrew Nutter gegründet, deren Ziel es ist, ein kostengünstiges Sonnensegel zu entwickeln, das Licht als Antriebsmittel für Raumfahrzeuge nutzt. Gama hat von der French Public Investment Bank (BPI), der French Space Agency (CNES) und Angel-Investoren 2 Millionen US-Dollar an Fördergeldern gesammelt, um seine Technologie im Oktober im Weltraum zu demonstrieren. Bei dieser Mission wird ein CubeSat auf einer SpaceX Falcon 9-Rakete gestartet, wonach ein 789 Quadratfuß großes Sonnensegel in einer Höhe von 342 Meilen eingesetzt wird.
„Wir können viele Dinge auf der Erde testen, aber der Testeinsatz in diesen Dimensionen kann nur in der Schwerelosigkeit des Weltraums durchgeführt werden“, sagt Nutter gegenüber Tech. (Die Abmessungen deuten darauf hin, dass das Segel etwa 10 Meter breit sein sollte.)
Sonnensegel sind nicht gerade eine neue Erfindung. Sie wurden zuerst vom Astronomen Johannes Kepler theoretisiert, der 1608 in einem Brief an seinen Kollegen Galileo Galilei darüber nachdachte. Aber der erste erfolgreiche Einsatz eines Sonnensegels fand erst 2010 statt: die „Weltraumjacht“ IKAROS, eine Mission von die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Im selben Jahr startete die NASA NanoSail-D und 2019 startete die Weltraum-Interessenvertretung Planetary Society LightSail 2.
Jetzt entwickeln mehrere Organisationen außer Gama neue Sonnensegelmissionen. Für das Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) der NASA wird das in Illinois ansässige Unternehmen NanoAvionics ein Raumschiff mit einem 800 Quadratfuß großen Sonnensegel entwerfen. Die Breakthrough Starshot-Mission von Breakthrough Initiatives, die mit 100 Millionen US-Dollar finanziert wurde, plant, eine Flotte von Hunderten winziger, von Sonnensegeln angetriebener Raumschiffe zum 4,7 Lichtjahre entfernten Sternensystem Alpha Centauri zu schicken.
Gama unterscheidet sich in zweierlei Hinsicht von früheren und aktuellen Missionen. „Zunächst strebt das Team von Gama danach, extrem schnell zu iterieren und voranzukommen und das erste von vielen Sonnensegeln in Rekordzeit auf den Markt zu bringen“, sagt Nutter. „Zweitens entfalten wir das Segel, indem wir den Satelliten sanft drehen und die resultierende Zentrifugalkraft nutzen, um die Blätter unseres Segels zu entfalten. Dadurch können wir Baugewicht einsparen und mit der Zeit deutlich größere Flächen einsetzen.“
Lange vor dem ersten Start entwirft das Unternehmen bereits seine zweite Mission – eine, die in größerer Höhe eingesetzt wird und „zeigt, dass wir das Segel steuern und eine zuverlässige, kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Antriebstechnologien bieten können“, so Nutter.
Sonnensegel funktionieren fast identisch mit herkömmlichen Segeln, außer dass sie Photonen für den Antrieb verwenden und nicht die Luftmoleküle, aus denen der Wind besteht. Obwohl Photonen keine Masse haben, kann ihr Impuls auf ihrer Reise durch den Weltraum auf eine reflektierende Oberfläche – ein Sonnensegel aus Mylar oder Polyamid – übertragen werden, das ein Raumschiff antreiben kann. Die Kraft ist gering, aber im Vakuum des Weltraums kann sie sich schnell summieren. Es ist möglich, dass ein Sonnensegel ein Raumschiff auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit antreiben könnte – obwohl es eine Weile dauern würde.
Dies würde es Raumfahrzeugen ermöglichen, die Menge an Treibmittel, die es mitführen muss, zu eliminieren (oder zumindest zu reduzieren), wodurch Masse an Bord für andere Zwecke freigesetzt wird. Die Verwendung von Sonnensegeln könnte auch die Missionsdauer eines Raumfahrzeugs verlängern, da das Fahrzeug theoretisch unbegrenzt angetrieben werden könnte. Dies wäre für Langzeitmissionen im Weltraum von entscheidender Bedeutung, was das Interesse an der Weiterentwicklung der Technologie erklärt.