Künstlerische Darstellung des Lichtsegels von Breakthrough Starshot. Durchbruch Starshot
Theoretisch wird ein laserbetriebenes Lichtsegel – in der Entwicklung von einer Firma namens Breakthrough Starshot – in der Lage sein, Alpha Centauri in 20 Jahren.
Die 100-Millionen-Dollar-Mission stützt sich jedoch auf neue Fortschritte in der Lasertechnologie, die es ihr schließlich ermöglichen werden, ein leichtes Raumschiff mit 20 Prozent Lichtgeschwindigkeit anzutreiben.
Jetzt, eine neue Studie von Forschern der University of California schlägt vor, dass aktuelle Lichtsegeltechnologien verwendet werden könnten, um winzige Raumfahrzeuge in unserem Sonnensystem und darüber hinaus anzutreiben, was unsere Fähigkeiten zur Weltraumforschung kurzfristig massiv steigert.
Lichtflug
Eines der großen Hindernisse, mit denen die Starshot-Mission konfrontiert ist, besteht darin, dass sie ein bodengestütztes Laserarray mit einer Größe von 0,4 Quadratmeilen und einer Leistung von 100 Gigawatt benötigtLasertechnologie, die derzeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht zur Verfügung steht.
Die neue Studie der University of California zeigt, dass ein einfacheres Laserarray mit einer Breite von nur etwa 32,8 Fuß und einer Leistung zwischen 100 Kilowatt und 10 Megawatt die Fähigkeiten der Menschheit zur Erforschung des Kosmos immer noch erheblich steigern könnte, indem es viel höhere Geschwindigkeiten erreicht alsherkömmliche Raketen.
In einem Interviewmit Weltraum.com, Seniorautor der Studie Artur Davoyan, Materialwissenschaftler an der University of California, Los Angeles, sagte: „Solche Laser können bereits heute mit einer relativ geringen Investition gebaut werden. Wir müssen nicht warten, bis ein 100-Gigawatt-Laser verfügbar ist."
„Unsere Arbeit ist der erste Schritt zu schnellen und kostengünstigen interplanetaren und Weltraummissionen“, fuhren sie fort. „Wir sehen, dass ein neues Modell für die Weltraumforschung entstehen kann, bei dem einzelne Benutzer, die normalerweise keinen Zugang zum Weltraum haben, könnte jetzt nur ein paar tausend Dollar ausgeben und eine echte Deep-Space-Mission starten."
Dramatische Verkürzung der Reisezeit zum Mars
Für seine Mission würde Breakthrough Starshot ein extrem leichtes Raumschiff auf den Weg nach Alpha Centauri schicken. Es würde ungefähr ein Gramm wiegen, damit es Geschwindigkeiten erreichen könnte, die hoch genug sind, um den Stern zu unseren Lebzeiten zu erreichen. Das heißt, es wäre nur möglicheine kleine Kamera und Kommunikationsausrüstung zu tragen.
Im Gegensatz dazu berechnete die neue Studie, wie weit ähnliche Raumfahrzeuge innerhalb einer angemessenen Zeitskala um unser Sonnensystem herumkommen könnten. Sie fanden beispielsweise heraus, dass ein 0,9-Gramm-Raumschiff mit nur einem 4-Zoll-Segel Geschwindigkeiten von etwa 182.000 Meilen pro Stunde erreichen könnte, wodurch es den Mars in nur 20 Tagen erreichen kann. Als Bezugspunkt NASA Perseverance Rover brauchte 200 Tage, um den roten Planeten zu erreichen. Lichtsegel-Raumschiffe mit schwereren Nutzlasten würden etwas länger brauchen, obwohl sie immer noch höhere Geschwindigkeiten erreichen könnten als herkömmliche Raketen und Ionenstrahl-Raumschiffe.
Lightsail-Missionen werden durch die Antriebskraft von Photonen oder Licht angetrieben, und eine solche Mission namens LightSail 2 umkreist bereits die Erde, angetrieben ausschließlich durch Sonnenlicht. Es war die allererste Mission, die bewies, dass Lichtsegel ein Raumschiff antreiben können. In einem kürzlich Interview mit IE, sagte der Präsident der Planetary Society, Bill Nye, die Mission habe seine Erwartungen völlig „übertroffen“. Nun liefert die neue Studie einen weiteren Hinweis darauf, dass Lichtsegel in der Zukunft der Weltraumforschung eine Schlüsselrolle spielen werden.
Die Studie wurde veröffentlicht in ACS-Veröffentlichungen.
Zusammenfassung:
Die Erforschung des Weltraums ist von größter Bedeutung, um die Grundlagenforschung und die Weltwirtschaft voranzubringen. Die heutigen Weltraummissionen sind jedoch durch bestehende Antriebstechnologien begrenzt. Hier untersuchen wir den Einsatz von lasergetriebenem Lichtsegeln für agiles Manövrieren in der Erdumlaufbahn und für schnelleTransiterkundung des Sonnensystems und des interstellaren Mediums. Wir zeigen, dass der Laserantrieb bei Laserleistungen ≥ 100 kW und Laserarraygrößen von ∼ 1 m praktikabel wird, was in naher Zukunft machbar ist. Unsere Analyse zeigt, dass leichte 1–100 gRaumfahrzeuge im Wafermaßstab ∼10 cm können mit Lasern in Umlaufbahnen gebracht werden, die außerhalb der Reichweite aktueller Systeme liegen. Wir diskutieren Materialanforderungen und photonische Designs und stellen neue Gütezahlen vor. Wir zeigen, dass Lichtsegel aus Siliziumnitrid und Bornitrid bestehensind für die diskutierten Anwendungen besonders gut geeignet.Unsere Architektur kann den Weg zu allgegenwärtigen Erdorbitalnetzwerken und kostengünstigen Missionen mit schnellem Transit durch das Sonnensystem ebnenem.