Es braucht viel Energie, um ein Raumschiff durch die Erdatmosphäre und aus der Schwerkraft zu befördern. Aber sobald ein Raumschiff die Umlaufbahn erreicht hat, benötigt es relativ wenig Energie, um sich durch den Weltraum zu bewegen. Tatsächlich könnten selbst winzige Mengen konstanter Energie es einem Schiff ermöglichen, bis in die tiefsten Tiefen des Sonnensystems zu reisen, was das Prinzip des Sonnensegelns ist. Bei dieser Technologie werden riesige, dünne Folien aus reflektierendem Material an einem Raumschiff befestigt. Winzige Lichtphotonen der Sonne werden von diesem Material reflektiert und geben dem Schiff einen kleinen Vorwärtsschub, der es ihm ermöglicht, durch den Weltraum zu segeln.
Solarsegelboote wie das LightSail 2 haben bewiesen, dass die Technologie grundsätzlich funktioniert. Es gibt jedoch einige Einschränkungen. Zunächst einmal fahren Solarsegelboote viel langsamer los als solche, die von Triebwerken angetrieben werden. Ein größeres Problem ist jedoch die Navigation. Sonnensegel müssen mit der Richtung des verfügbaren Sonnenlichts arbeiten und ihre Manövrierfähigkeit ist schwierig. Jetzt prüft die NASA neue Designs für Sonnensegel, die ihre Navigationsfähigkeiten verbessern würden.
Die Idee besteht darin, eine Technologie namens diffraktive Sonnensegel zu verwenden, bei der es sich um kleine Gitter in den Segeln handelt, die etwas Licht durchlassen. Wenn Licht durch eine kleine Öffnung fällt, breitet es sich in einem Prozess namens Beugung aus, der immer noch einen Druck auf das Segel ausübt. Aber durch die Gitter kann das einfallende Licht präziser gesteuert und das Fahrzeug somit präziser manövriert werden.
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„Mit der Beugung lässt sich im Wesentlichen der Winkel anpassen, in dem das einfallende Licht umgelenkt wird“, erklärt er Amber Dubill vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University, Leiterin des Forschungsteams, in einem Stellungnahme. Dadurch kann das Segel auch kleiner sein als die derzeit von Solarsegelbooten verwendeten riesigen Segel.
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Das Team entwickelt die Technologie mit dem Ziel, eine Demonstrationsmission durchzuführen, die die Pole der Sonne besuchen würde. Es ist schwierig, diese Pole mit herkömmlichen Antriebssystemen für Raumfahrzeuge zu erreichen, aber Sonnensegel könnten verwendet werden, um ein Raumschiff in eine Umlaufbahn um sie zu bringen.
„Während diese Technologie eine Vielzahl von Missionsarchitekturen verbessern kann, ist sie bereit, den Bedarf der Heliophysik-Gemeinschaft an einzigartigen Möglichkeiten zur Sonnenbeobachtung stark zu beeinflussen“, sagte Dubill. „Mit der gebündelten Expertise unseres Teams in den Bereichen Optik, Luft- und Raumfahrt, traditionelles Sonnensegeln und Metamaterialien hoffen wir, Wissenschaftlern die Möglichkeit zu geben, die Sonne wie nie zuvor zu sehen.“
Die NASA hat der Gruppe im Rahmen ihres Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programms ein Forschungsstipendium in Höhe von 2 Millionen US-Dollar für die Entwicklung dieser Technologie gewährt. „Da wir weiter in den Kosmos vordringen als je zuvor, benötigen wir innovative, hochmoderne Technologien, um unsere Missionen voranzutreiben“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson in einem Stellungnahme. „Das NASA Innovative Advanced Concepts-Programm trägt dazu bei, visionäre Ideen – wie neuartige Sonnensegel – freizusetzen und sie der Realität näher zu bringen.“
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