Planetary Society setzt Solar Sail von LightSail 2 ein. Was hält die Zukunft für Solarsegel bereit?

Wo Sie im Weltraum reisen können, hängt davon ab, wie viel Treibstoff Sie an Bord Ihrer Rakete haben und wie effizient Sie es einsetzen können. Aber genau hier im Sonnensystem gibt es eine Quelle für freien Treibstoff – die Sonne – die Photonen in alle Richtungen ausstrahlt. Du musst sie nur fangen.

Und gerade jetzt die Das neue LightSail 2 . der Planetary Society Raumschiff testet, wie gut es funktionieren wird.

Sonnensegel sind eine geniale Idee, auf die Johannes Kepler im 17. Jahrhundert zuerst dachte, als er sich vorstellte, dass Segel und Schiffe an die Raumfahrt angepasst werden könnten. Natürlich verstand er die damit verbundene Physik noch nicht vollständig.

Aber mit großen Entdeckungen in der Teilchenphysik und Quantenmechanik im frühen 20. Jahrhundert erkannten Wissenschaftler, dass Licht selbst wie ein Wind wirken kann, der ein Segel im Weltraum bläst.

Obwohl Photonen keine Masse haben, können sie einen Impuls verleihen, wenn sie von einer stark reflektierenden Oberfläche abprallen – dies ist ein Lichtsegel. Es ist nicht viel, aber im Vakuum des Weltraums gibt es keinen Luftwiderstand, der das Segel bremst. Mit genügend Photonen und genügend Zeit kann ein leichtes Segel auf unglaublich hohe Geschwindigkeiten beschleunigen.

Mit einer chemischen Rakete könnte man die gesamte Masse des beobachtbares Universum in Raketentreibstoff und Sie würden kein kleines Raumschiff schneller als 0,2% der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Aber ein leichtes Segel kann Sie theoretisch bis zu relativistischen Geschwindigkeiten bringen und in einem Menschenleben von Stern zu Stern reisen.

LightSail startet am 20. Mai 2015 an Bord der X-37B. Bildnachweis: The Planetary Society

Da von der Sonne unbegrenzt freier Treibstoff kommt und enorme Geschwindigkeiten möglich sind, warum gibt es dann nicht überall Sonnensegel?

Gute Frage.

Es ist eine Frage, die Planetare Gesellschaft ist seit Jahren besessen davon, und sie haben endlich ein echtes Sonnensegel auf den Markt gebracht, um herauszufinden, wie gut sie tatsächlich funktionieren.

Künstlerische Illustration des Sonnensegels Cosmos 1. Credit: The Planetary Society

Bereits 2005 versuchten sie, das weltweit erste Solarsegel auf den Markt zu bringen. Kosmos 1 , aber ein Raketenausfall zerstörte es. Dann machten sie sich wieder an die Arbeit, entwickelten LightSail 1, das 2015 auf den Markt kam, und testeten erfolgreich ihren Solarsegel-Einsatz im Weltraum.

Und schließlich, im Jahr 2019, war die Planetary Society bereit, tatsächlich zu versuchen, im Weltraum zu segeln.

Die Mission Falcon Heavy STP-2 startete am Dienstag, den 25. Juni 2019, vom Kennedy Space Center. Bildquelle: Alex Brock Instagram: @alexhbrock, Website: www.alexhbrock.com

Am 25. Juni 2019, a SpaceX Falcon Heavy von Cape Canaveral in Florida mit 24 Raumschiffen für die STP-2-Mission der US Air Force abgesprengt. Dies war das dritte Mal, dass der Falcon Heavy gestartet wurde, und wir alle hatten gehofft, dass er erfolgreich seine Mittelstufe erreichen würde. Äh, nicht so sehr, das steht noch auf der To-Do-Liste. Aber darum geht es in diesem Video nicht.

Wie auch immer, Falcon Heavy hatte zusätzlich zu den mysteriösen Air Force-Satelliten das LightSail 2 der Planetary Society an Bord seiner Prox-1-Trägerraumsonde, die es in einer Höhe von 720 Kilometern absetzte.

Am 23. Juli 2019 setzte die Raumsonde dann ihr Sonnensegel aus.

Foto des Segeleinsatzes von LightSail 2. Credit: The Planetary Society

Es öffnete seine aufklappbaren Solarfelder und entrollte dann vier maßbandähnliche Segelbäume, holte seine vier dreieckigen Segel heraus und entfaltete 32 Quadratmeter Segelfläche.

Es ist wichtig zu wissen, dass dieses Raumschiff winzig ist, mit einem Gewicht von nur 5 kg oder 11 Pfund, etwa so groß wie ein Brotlaib.

Während sie die Erde umkreist, schwingt die Raumsonde ihre Segel in und aus dem Sonnenlicht, wobei sie ihre Umlaufbahn in jeder Periode um einige hundert Meter pro Tag anhebt.

Das klingt großartig, leider hat LightSail 2 nicht die Steuersysteme an Bord, um seinen Winkel sorgfältig genug zu steuern, um auf unbestimmte Zeit im Orbit zu bleiben.

Künstlerische Illustration, wie LightSail 2 seine Umlaufbahn anheben wird. Credit: The Planetary Society

Während es seine Umlaufbahn auf der einen Seite der Erde täglich um mehrere hundert Meter anhebt, kann es die Segel nicht präzise genug neigen, um ein Absenken seiner Umlaufbahn auf der anderen Seite des Planeten zu verhindern. Schließlich wird es in die Erdatmosphäre eintauchen und verbrennen.

Aber hoffentlich haben die Ingenieure der Planetary Society endlich gelernt, wie praktisch ein Sonnensegel für die Weltraumforschung sein kann.

Es ist immer noch im Orbit und sendet zurück tolle Bilder von unserem Heimatplaneten .

LightSail 2 hat dieses Bild von Mexiko am 12. Juli 2019 aufgenommen. Das Bild blickt nach Osten über Mexiko. Links die Spitze der Halbinsel Baja und ganz rechts Tropensturm Barry. Bildnachweis: The Planetary Society

Da LightSail 2 der Planetary Society Daten nach Hause sendet und Missionscontrollern das Segeln im Weltraum beibringt, werden dies wertvolle Lektionen für zukünftige Missionen sein, die diese Technologie als tatsächliche Antriebsmethode verwenden könnten.

Eine Mission in Arbeit ist NASAs erdnaher Asteroiden-Scout , oder NEA Scout . Diese Cubesat-Mission könnte als sekundäre Nutzlast mit dem ersten Test des Space Launch Systems der NASA, der unbemannten EM-1-Mission, die bereits im Juni 2020 starten könnte, fliegen.

Nach dem Einsatz von der Orion-Kapsel entfaltete NEA Scout seine Sonnensegel, die doppelt so groß wie LightSail 2 waren, und verbrachte dann zwei Jahre damit, zu einem erdnahen Asteroiden zu reisen, um ihn aus der Nähe zu untersuchen.

Wir kennen das Ziel noch nicht, aber ein potenzielles Ziel könnte das erdnahe Objekt 1991 VG sein, das 1991 entdeckt wurde, kurz bevor es die Entfernung von der Erde zum Mond überschritt. Und dann kam es im August 2017 zurück. Wir wollen dieses Gestein als potenzielle Bedrohung im Auge behalten, aber auch als Schatzkammer an Metallen und Mineralien, die die zukünftige Erforschung des Sonnensystems unterstützen könnten.

Eine andere Mission, die ein Sonnensegel verwenden könnte, ist Japans Oversize Kite-craft for Exploration and Astronautics in the Outer Solar System or OKEANOS . Dies wäre eine Mission zu den Trojanischen Asteroiden, die sich an den Sonnen-Jupiter-Lagrange-Punkten L4 und L5 befinden.

Künstlerisches Konzept von Trojanischen Asteroiden, kleinen Körpern, die unser Sonnensystem dominieren. Bildnachweis: NASA

Diese sind ein idealer Ort, um Asteroiden zu studieren, da Jupiter und die Schwerkraft der Sonne eine große Anzahl an einem Ort gefangen haben und eine Mission problemlos viele verschiedene Asteroiden beproben kann.

OKEANOS würde ein Hybrid-Solarsegel haben, das mit Sonnenkollektoren bedeckt ist und das es auch verwenden würde, um seine Instrumente und seinen Ionenmotor mit Strom zu versorgen.

Japan war eines der ersten Länder, das jemals ein Solarsegel getestet hat IKAROS-Mission die 2010 eingesetzt wurde und mit dem Sonnensegel schließlich Hunderte von Metern pro Sekunde an Geschwindigkeit gewann.

Künstlerische Illustration von IKAROS. Bildnachweis: JAXA

OKEANOS könnte sogar mit einem Lander kommen. Dank ihrer Erfahrung mit Hayabusa2 und dem Asteroiden Ryugu hat die JAXA enorm viel über die Landung und das Sammeln von Proben von winzigen Asteroiden gelernt.

Wenn alles gut geht, wird OKEANOS Mitte der 2020er Jahre an Bord einer H-IIA-Trägerrakete starten und mehrere Gravitationshilfen verwenden, um die Reise zum Jupiter zu unternehmen. Und wenn die Mission wirklich erfolgreich ist, könnte sie sogar eine Probe eines trojanischen Asteroiden nach Hause bringen.

Künstlerisches Konzept des Mondlanders, der mit dem Lunar Orbital Platform-Gateway verbunden ist. Bildnachweis: Lockheed Martin

Die NASA denkt sogar darüber nach Hinzufügen eines Sonnensegels zum Deep Space Lunar Gateway. Auf einer besonderen Planungsveranstaltung für das Deep Space Gateway 2017 stellten Mitglieder der Canadian Space Agency das Konzept eines Solarsegels vor, das an der Station angebracht werden könnte. Das anhaltende Licht der Sonne würde einen konstanten Schub liefern, den die Station nutzen könnte, um ihre Umlaufbahn ohne Antrieb aufrechtzuerhalten. Auf einem kanadischen Roboterarm gehalten – was sonst – könnte ein 50 Quadratmeter großes Sonnensegel der Station 9 kg Hydrazin pro Jahr sparen, das teuer von der Erde zum Mond transportiert werden muss.

Eine Mission, mit der Sie wahrscheinlich vertraut sind, ist das Konzept Breakthrough Starshot. Anstatt das Licht der Sonne als Antrieb zu verwenden, hofft Breakthrough Starshot, leistungsstarke Laser zu verwenden, die winzige Satelliten auf interstellare Geschwindigkeiten beschleunigen.

Dies könnte die erste Raumsonde sein, die jemals Bilder von einem anderen Sternensystem nach Hause schickt. Wir haben eine ganze Episode zu dieser und einer anderen schwereren Lasersegel-Mission namens Project Dragonfly gemacht.

Leider hat es länger gedauert, bis die Weltraumbehörden Sonnensegel in ihre Missionen integriert haben, als ich gehofft hatte. Das ist verständlich, sie sind kompliziert und fragil und erfordern eine genaue Orientierung. Es macht Sinn, dass Missionsplaner bewährte chemische Raketen oder effiziente Ionentriebwerke verwenden, um ihre Raumsonden durch das Sonnensystem zu bewegen.

Aber da immer mehr Solarsegel auf den Markt gebracht und getestet werden, werden Ingenieure sicherer, wie sie sie im Rahmen einer Mission am besten einsetzen können. Ich kann mir eine Zukunft vorstellen, in der fast jede Mission ein Backup-Solarsegel an Bord hat, nur für den Fall, dass mit der Hauptmaschine etwas schief geht.

Ich war schon immer fasziniert von den Möglichkeiten des Solarsegelns, habe jede Entdeckung beobachtet und bin voller Aufregung vorwärts gegangen. Ich bin wirklich froh, dass die Planetary Society mit ihren Tests so weit gekommen ist. Sie haben die gesamte Mission für 7 Millionen Dollar durchgeführt, finanziert von Mitgliedern der Planetary Society, Privatpersonen und einer Kickstart-Kampagne. Wenn Sie diese und zukünftige Missionen zur Erforschung des Sonnensystems unterstützen möchten, gehen Sie zu planetary.org um mehr herauszufinden.