Projekt Helianthus – ein solarsegelgetriebener geomagnetischer Sturmtracker

Sonnenstürme haben Anfang des Jahres die Fantasie eines großen Teils der amerikanischen Öffentlichkeit beflügelt, als Polarlichter deutlich südlicher als in ihrem üblichen nördlichen Bereich sichtbar waren. Mit dem Eintritt der Sonne in einen neuen Sonnenzyklus werden diese Stürme immer häufiger auftreten und die Gefahren, die sie für die Infrastruktur der Erde darstellen, werden weiter zunehmen.

Derzeit warnen uns die meisten unserer Frühwarnsysteme nur wenige Minuten vor einem potenziell zerstörerischen geomagnetischen Sturm. Ein Forscherteam der Sapienza-Universität in Rom und der italienischen Raumfahrtagentur schlug daher einen Plan vor, eine Reihe von Detektoren zu einem Punkt im Weltraum zu schicken, von dem aus sie uns frühzeitig warnen könnten. Und sie wollen, dass diese Detektoren ohne Raketen an Ort und Stelle bleiben.

Die Mission, bekannt als Helianthus, der offizielle Name einer Sonnenblume, war zunächst beschrieben auf dem 6. Internationalen Symposium für Weltraumsegeln im Juni 2023. In einer Präsentation erklärten die italienischen Wissenschaftler, dass das Missionsziel darin besteht, verschiedene Alarmstufen für geomagnetische Stürme bereitzustellen. Aber noch wichtiger ist, dass das Missionsdesign der Menschheit 100 Minuten Vorwarnzeit für schnell ziehende Sonnenstürme geben würde, und ein großes Sonnensegel würde die Mission vollständig steuern.

Derzeit beträgt die Warnzeit für Sonnenstürme bestenfalls wenige Minuten, da sich die Detektoren, die sie überwachen, in einer niedrigen Erdumlaufbahn befinden. Um viel frühere Warnzeiten zu ermöglichen, würde Helianthus eine Reihe speziell entwickelter Detektoren an einem Punkt namens Sub-L1 im Sonne-Erde-System platzieren. Obwohl unklar ist, was „Sub-L1“ in diesem Zusammenhang genau bedeutet, liegt ein typischer Sonne-Erde-Lagrange-Punkt etwa 1,5 Millionen Kilometer in Richtung Sonne – etwa viermal so weit entfernt wie der Mond von der Erde.

Dorthin mit einem Sonnensegel zu gelangen, ist der schwierigste Teil der Helianthus-Mission. Die meisten Sonnensegel nutzen Photonen, um sich im Sonnensystem nach außen zu bewegen, da die Quelle dieser Photonen die Sonne ist, die per Definition den inneren Teil des Sonnensystems darstellt. Daher erscheint es kontraintuitiv, zu einem Punkt zu gelangen, der näher an der Sonne liegt als die Erde, und dann dort zu bleiben.

Wie sie dies tun werden, ist Gegenstand einer aus einer Reihe von Aufsätzen vom Forschungsteam hinter dem Projekt. Andere beschreiben die Instrumente, wie einen leichten Koronographen und ein Röntgenspektrometer, und sogar Strukturkomponenten, wie die Ausleger, die zum Ausfahren der Sonnensegel verwendet werden, und die Membranen, aus denen diese Segel bestehen würden.

Einige der interessantesten Forschungsarbeiten, die in diesen Artikeln beschrieben werden, zeigen, wie Helianthus seine Position an einem Punkt unterhalb von L1 halten würde, während sein Sonnensegel noch voll entfaltet wäre. Anstatt Raketen zur Positionshaltung zu verwenden, plant die Mission, eine Reihe von elektrochromen oder Flüssigkristall-Aktuatoren zu verwenden, um etwa vier Positionshaltungsmanöver pro Jahr durchzuführen.

Die Entwicklung der meisten dieser Systeme und Methoden wird von der italienischen Raumfahrtagentur vorangetrieben, die Entwicklung der Mitarbeiter in diesen Bereichen zu verbessern. Wie in einem der Dokumente angegeben, beabsichtigen sie, eine „anspruchsvolle nationale Entwicklung“ im Bereich des Antriebs von Solarsegeln zu erreichen. Und der geomagnetische Sturmtracker ist nicht ihr einziger Anwendungsfall – dieselben Forscher haben auch eine Erd-Mars-Transferbahn geplant, die dieselbe Solarantriebstechnologie nutzt.

Derzeit ist noch unklar, ob Helianthus über die finanziellen Mittel verfügt, um es bis zur tatsächlichen Inbetriebnahme zu schaffen. Zwar wurden bereits einige Prototypen der leichten Instrumente gebaut, aber bevor eine solche Sonnensegel-Mission das Licht der Welt erblickt, ist noch viel Ingenieursarbeit zu leisten. Wenn dies gelingen soll, muss die italienische Raumfahrtagentur zeigen, wie sehr sie dieser Idee verpflichtet ist.