Das Konzept der Sonnensegel ist nicht besonders neu – sehen Sie sich nur das LightSail 2 der Planetary Society, das französische Startup Gama oder das Advanced Composite Solar Sail System der NASA an. Aber eine Gruppe von Forschern treibt die Technologie zu neuen Höhen.
Dem Diffractive Solar Sailing-Projekt wurde der Phase-III-Status im NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programm zuerkannt, das mit einem Budget von 2 Millionen US-Dollar ausgestattet ist, um das Konzept des Teams in die Realität umzusetzen.
Sonnensegel sind ein Mittel zum Antrieb von Raumfahrzeugen, die ähnlich wie Segel auf Booten funktionieren, aber anstatt durch Wind angetrieben zu werden, werden sie durch Licht angetrieben. Diffraktive Sonnensegel, wie sie von NIAC entwickelt werden, sind eine effizientere Weiterentwicklung traditioneller Sonnensegel, die eines Tages Weltraummissionen unterstützen könnten.
„Diffraktive Segel basieren auf dem optischen Mechanismus der Beugung, während traditionelle Sonnensegel, die wir gesehen haben, auf dem Reflexionsgesetz basieren“, sagt Projektleiterin Amber Dubill vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gegenüber Tech.
Wie zuvor verleihen Photonen, die auf das Segel treffen, dem Raumschiff ihren Schwung, aber Dubills Team arbeitet an einer neuen Variante dieser bewährten Technologie:
Der Vorteil der Verwendung von Beugung anstelle von Reflexion besteht in der Möglichkeit, den Winkel, in dem das einfallende Licht umgelenkt wird, so anzupassen, dass die resultierende Kraft für Orbitalmanöver effizienter ist, ohne eine große, schwache Struktur anheften zu müssen.
Das Diffractive Solar Sailing-Projekt hat bereits Phase I und Phase II des NIAC-Programms abgeschlossen, das der risikoreiche, hochlohnende Inkubator der NASA ist, der die Möglichkeiten ungewöhnlicher Technologien im Weltraum erforscht. Diese ersten Phasen dienen der Entwicklung von Konzepten und dem Nachweis ihres Potenzials. In Phase III werden die Konzepte jedoch in die Realität überführt. (Nebenbei: Seit der Gründung von NIAC im Jahr 2012 haben nur fünf Projekte den Phase-III-Status erhalten, da die meisten Projekte in den Phasen I und II nicht genug Potenzial für die NASA aufweisen, um sie weiter zu verfolgen.)
Dubill und ihr Team werden die 2 Millionen US-Dollar für die Entwicklung und Herstellung von Segelmaterialien verwenden, die sie in den nächsten zwei Jahren in verschiedenen Einrichtungen im ganzen Land testen wollen.
„Parallel dazu planen wir, die Vision einer Solar-Polar-Orbiter-Segelfahrzeugmission zu entwickeln, indem wir optimale Flugbahnen und Lagekontrolle des Segels festlegen, um die Sonnenbeobachtungen einer von unseren Heliophysikern diktierten Nutzlast-Suite zu erreichen“, sagt Dubill. „Durch die Erweiterung des diffraktiven Segeldesigns und die Entwicklung des gesamten Segelfahrzeugkonzepts ist es das Ziel, den Grundstein für eine zukünftige Demonstrationsmission mit diffraktiver Lichtsegeltechnologie zu legen.“
Diese Solar-Polar-Orbiter-Mission ist für die NASA von besonderem Interesse, da die Pole unseres Sterns noch nicht erforscht wurden. „Ein vollständiges Bild der Sonnenkorona und der Oberflächenmagnetfelder zu erhalten, ist entscheidend für die Vorhersage und das Bewusstsein des Weltraumwetters, und eine Konstellation von instrumentierten Segeln, die die Sonne umrunden, würde nicht nur unser Verständnis unseres nächsten Sterns verbessern, sondern auch die Warnzeit für die Sonne verlängern Ereignisse, die Satelliten und Bodensysteme beschädigen können“, sagt Mike LaPointe, amtierender Programmleiter für NIAC, gegenüber Tech.
Dieselbe Technologie könnte für ähnliche Missionen im gesamten Sonnensystem verwendet werden, schlägt LaPointe vor. Bei diesem Potenzial ist es kein Wunder, dass die NASA das Diffractive Solar Sailing-Projekt finanziert hat – jetzt muss es nur noch starten.