Um Proxima Centauri b zu erreichen, bedarf es vieler neuer Technologien, aber es gibt zunehmend spannende Gründe, dies zu tun. Sowohl öffentliche als auch private Unternehmen haben begonnen, ernsthaft nach Möglichkeiten zu suchen, dies zu erreichen, aber bisher gab es ein erhebliches Hindernis auf diesem Weg – den Antrieb.
Um dieses Problem zu lösen, arbeitet Christopher Limbach, mittlerweile Professor an der University of Michigan, an einem neuartigen Strahlenantrieb, der sowohl einen Teilchenstrahl als auch einen Laser nutzt, um die größte Schwäche dieser Technologie zu überwinden.
Sehen wir uns zunächst an, warum konventionelle Antriebssysteme nicht funktionieren würden, um eine Sonde nach Proxima b zu bringen. Konventionelle Raketen kommen nicht in Frage, da ihr Treibstoff zu schwer ist und zu schnell verbrennt, um eine Sonde auch nur annähernd auf die Geschwindigkeit zu bringen, die sie braucht, um Proxima b zu erreichen. Konventionelle Sonnensegel versagen ebenfalls, da sie, sobald sie weit genug von der Sonne entfernt sind, nur noch einen minimalen Schub erhalten.
Andere nicht-konventionelle Lösungen wie Atom- oder Ionenantriebe könnten funktionieren. Allerdings unterliegen sie der Tyrannei der Raketengleichung: Da sie ihren Treibstoff mitführen müssen, müssen sie mehr Masse mitführen, um schneller zu sein, wodurch ein Großteil dieses Vorteils verloren geht.
Bleibt noch der Strahlantrieb – im Wesentlichen wird ein riesiger Strahl im Weltraum erzeugt, der ein Raumschiff mit einem Kollektor weiter antreibt, und zwar die ganze Zeit, in der das Raumschiff auf dem Weg zu seinem Ziel ist. Normalerweise werden in diesen Systemen zwei Arten von Strahlen verwendet – Teilchenstrahlen und Lichtstrahlen. Beide haben jedoch eine Schwäche – die Beugung.
Sowohl Licht- als auch Partikelstrahlen neigen dazu, sich über weite Entfernungen auszubreiten, wodurch sie sich viel weniger effektiv auf ein einzelnes kleines Objekt konzentrieren können, das Lichtjahre entfernt sein kann. Selbst Laser, die man in weite Entfernungen lenkt, zerstreuen sich schließlich zu unbrauchbarem Licht. Es gibt jedoch einen Weg, dieses Problem zu umgehen.
In jüngster Zeit hat die Optikforschung eine Methode entwickelt, Teilchen- und Laserstrahlen zu kombinieren, die Beugung und Strahlausbreitung bei gleichzeitiger Verwendung nahezu eliminiert. Dies würde es einem Strahlantriebssystem ermöglichen, seinen Strahl weiterhin genau auf die richtige Stelle zu konzentrieren, ohne langsam seine Schubkraft zu verlieren, wenn sich die Sonde weiter entfernt.
Dr. Limbach verwendete diese zugrunde liegende Technologie, um das zu entwickeln, was er PROCSIMA nennt, eine neuartige Antriebsmethode, die ein kohärentes kombiniertes Partikel- und Laserstrahl-Antriebssystem verwendet.
Fraser erklärt Breakthrough Starshot, eine Mission, die möglicherweise das PROCSIMA-System nutzen könnte.
Berechnungen von Dr. Limbach und seinem Mitarbeiter Dr. Ken Hara, heute Professor in Stanford, zeigen, dass es zumindest theoretisch möglich ist, einen kohärenten Strahl zu erzeugen, der tatsächlich bis Proxima b reicht und dabei nur bis zu einer Entfernung von etwa 10 m gebeugt wird.
Ihren Berechnungen zufolge könnte eine 5g-Sonde, wie sie im Rahmen des Projekts Breakthrough Initiatives arbeitet, auf bis zu 10 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und Proxima b in 43 Jahren erreichen.
Alternativ berechneten sie auch, dass eine viel größere Sonde von etwa 1 kg das System in etwa 57 Jahren erreichen könnte. Das würde eine viel spannendere Nutzlast ermöglichen, selbst wenn die Sonde mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit durch das Proxima Centauri-System rasen würde.
Es bleibt noch einiges zu tun, etwa bei der Entwicklung von Kaltatom-Partikelquellen und der Verbesserung der Funktionalität der Strahlsysteme.
Bisher wurde das Projekt jedoch nicht durch ein weiteres Stipendium unterstützt, obwohl Dr. Limbachs Labor an der UM weiterhin an ähnlichen Ideen arbeitet, wie beispielsweise einem Nanonewton-Antriebssystem. Die Entwicklung einer Sternschussmethode, um schließlich eine Sonde zu einem anderen Stern zu bringen, geht weiter, und es scheint, als ob der Strahlantrieb, ob gut oder schlecht, der Weg ist, den wir dorthin bringen werden.
Mehr Informationen:
Limbach & Hara – PROCSIMA: Beugungsfreier Strahlantrieb für bahnbrechende interstellare Missionen