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Science-Fiction und Realität

Artikel ID: 107

 

Nano-Raumschiffe zum Sternensystem Alpha Centauri

Nano-Raumschiff

Bild (bearbeitet): pixabay.com | CC0

News - Auf dem Mond waren bereits Menschen, auf dem Mars Roboterfahrzeuge. Weitere Strecken konnten mit Sonden erreicht werden, sogar bis an die Grenzen unseres Sonnensystems oder schon knapp darüber hinaus, wie etwa mit den Raumsonden "Pioneer 10 und 11", "Voyager 1 und 2". Und wenn es noch weiter gehen soll, etwa zum benachbarten Sternensystem "Alpha Centauri", dann könnten tausende Nano-Raumschiffe für diese weite Strecke eingesetzt werden.

Unsere nächstgelegene Nachbarsonne befindet sich im Sternensystem "Alpha Centauri", bestehend aus den beiden Sternen "Alpha Centauri A + B", beide etwa so groß und so heiß wie unsere Sonne und dem etwas kleineren Stern "Proxima Centauri". Für die interstellare Raumfahrt, also wenn wir unser Heimat-Sonnensystem verlassen und zu anderen Sternensystemen reisen, dann ist unser nächstgelegenes Reiseziel das Sternensystem "Alpha Centauri", das etwa 4,34 Lichtjahre von unserem Heimatstern, der Sonne entfernt ist.

Zum Vergleich: Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Das sind 9,461 Billionen Kilometer. Die mittlere Entfernung von Erde und Mond beträgt nur ca. 1,3 Lichtsekunden. Die Erde ist von der Sonne ca. 8,3 Lichtminuten entfernt und die Raumsonde "Voyager 1", die 1977 startete, erreichte 2013 einen Abstand zur Erde von ca. 18 Milliarden Kilometern, das entspricht etwa 18 Lichtstunden und somit verließ "Voyager 1" bereits die Heliosphäre unseres Sonnensystems.

Die Raumsonde "Voyager 1", die sich immerhin mit einer Geschwindigkeit von 61.000 km/h von unserem Sonnensystem wegbewegt, bräuchte mit dieser Geschwindigkeit ca. 76.000 Jahre bis "Alpha Centauri". Soll sich eine Sonde oder ein anderes Raumfahrzeug noch schneller fortbewegen, dann braucht es auch mehr Treibstoff an Bord. Es wäre somit größer, teurer und vor allem schwerer, was wiederum bedeutet, das noch mehr Treibstoff transportiert werden muss, um dieses schwere Objekt zu beschleunigen. Der Geschwindigkeitsvorteil wäre nicht besonders groß. Die Reisezeit würde sich nur unwesentlich verkürzen und wäre immer noch viel zu lang.

Künstlerische Darstellung der Raumsonde "Voyager 1" beim Eintritt in den interstellaren Raum.

Voyager 1

Quelle: NASA/JPL-Caltech

 

Will man ein Raumfahrzeug stärker beschleunigen, um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, dann gelingt das umso besser, je kleiner, bzw. leichter dieses ist. Mit heutiger Technologie ist es durchaus machbar, ein nur wenige Zentimeter großes Mini-Raumschiff herzustellen, das nicht mehr kosten würde, als ein Smartphone und nur wenige Gramm wiegt. Als Antrieb würde ein Sonnensegel verwendet. Das Sonnensegel (auch Lichtsegel, Photonensegel oder Solarsegel, engl. SSP für solar-sail propulsion) ist ein Konzept zum Antrieb von Raumsonden, bei dem der sehr geringe Strahlungsdruck des Sonnenlichtes genutzt werden soll.

Da bei interstellaren Reisen außerhalb des Sonnensystems natürlich nicht mehr genug Sonnenlicht vorhanden ist, um das Mini-Raumschiff anzutreiben, muss es seinen gesamten Beschleunigungsschub noch innerhalb des Sonnensystems erhalten. Für eine Reise nach "Alpha Centauri" würde aber auch das noch nicht reichen, daher soll von der Erde aus, ein Laserstrahl auf das Lichtsegel gerichtet werden, dessen Lichtdruck dann für den nötigen Schub sorgt.

Interessanterweise wäre es mit dieser Technik möglich, das Sternensystem "Alpha Centauri" innerhalb von nur 20 Jahren zu erreichen!

Um viel mehr als einen fliegenden integrierten Kamera- und Funkchip würde es sich bei diesem Nano-Raumschiff zwar nicht handeln, aber immerhin noch genug, um ein paar Digitalfotos vom Reiseziel zu machen und vielleicht noch einige Messdaten und diese dann zurück zur Erde zu senden.

Das dachte sich auch der russische Milliardär Juri Milner, als er am 14. April 2016 hundert Millionen Dollar für das Forschungs- und Entwicklungsprojekt Breakthrough Starshot bereitstellte, in dem ein Konzept erarbeitet werden soll, Nanosatelliten in das benachbarte Sternensystem "Alpha Centauri" zu senden. Die Idee dahinter ist es, gleich eine ganze Flotte von tausenden solcher Nano-Raumschiffe zu produzieren und auf die lange Reise zu schicken, denn es muss immer berücksichtigt werden, dass ein gewisser Prozentsatz der Objekte aufgrund erhöhter kosmischer Strahlung oder anderer Umstände, etwa Kollisionen mit winzig kleinen Meteoriten oder einfach durch Materialermüdung, die Reise nicht übersteht. So ist dann gewährleistet, dass auch genügend Nano-Raumschiffe ihr Ziel erreichen.

Ebenfalls begeistert von dieser Idee waren der berühmte Physiker Stephen Hawking und Facebook-Chef Mark Zuckerberg, die sich dem Projekt anschlossen und nun gemeinsam mit Juri Milner im Aufsichtsrat des Projekts "Breakthrough Starshot" sind. Alle Daten und Erkenntnisse des Projekts sollen frei zugänglich sein und es wurde bereits Kontakt mit der US-Raumfahrtbehörde NASA aufgenommen, die ähnliche Technologien fördert, wie etwa das Projekt "DEEP-IN - Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration".

Bei diesem Projekt soll ein Konzept erarbeitet werden, ein Raumschiff mit einer Laserkanone an Bord, an einer festen Position im Weltall zwischen Mond und Erde zu stationieren oder auch in einer Mondumlaufbahn und von dort aus nur wenige Minuten lang mit dem Laserstrahl auf die Sonnensegel der Mini-Raumschiffe zu zielen. Dadurch würden dann die Mini-Raumschiffe im Vakuum des Weltraums mit ca. einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit ungebremst weiterfliegen.

"Proxima b", ein erdähnlicher Gesteinsplanet um "Proxima Centauri" entdeckt.

Am 24. August 2016 gab dann die "Europäische Südsternwarte ESO" (engl. European Southern Observatory) in einer Pressemitteilung bekannt, dass es Astronomen gelungen ist, mit Teleskopen der ESO und anderer Einrichtungen, einen Planeten mit erdähnlicher Masse um den Stern "Proxima Centauri" zu entdecken, genannt "Proxima b".

Dabei soll es sich laut ESO um einen Gesteinsplaneten handeln, der seinen Mutterstern "Proxima Centauri" alle 11 Tage umkreist, etwas mehr Masse als unsere Erde hat und eine Temperatur besitzt, die Wasser in flüssigem Zustand an der Oberfläche ermöglichen könnte. Die ESO sprach bereits von einer epochalen Entdeckung und auf ihrer Pressekonferenz in Garching äußerte sich der ebenfalls anwesende Sprecher des "Breakthrough Starshot" Projekts, Pete Worden, dass es nun sehr wahrscheinlich sei, dass vor allem "Proxima Centauri" von besonderem Interesse bei der weiteren Planung ihres Projektes sein wird.

Nano-Raumschiffe, die sich selbst reparieren können.

Im Dezember 2016 präsentierte ein Team der NASA und des "Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)" dann auf dem "International Electron Devices Meeting (IEDM)" in San Francisco eine Methode, mit denen sich ein Nano-Raumschiff, dass nur aus einem Silizium-Chip besteht, selbst reparieren kann, wenn es unterwegs auf der langen Reise durch kosmische Strahlung beschädigt wird.

Dafür entwickelten die Forscher so genannte "Nanodraht-Transistoren", die auf Strahlung reagieren können, als Ersatz für die auf dem Chip üblicherweise verwendeten herkömmlichen Transistoren. Diese können innerhalb kürzester Zeit im Bereich von Nanosekunden, eine sehr hohe Hitze erzeugen und dadurch eine durch die kosmische Strahlung bedingte Minderung der Leistung ausgleichen, wodurch sich der Chip dann selbst repariert (via IEEE Spectrum - Self-Healing Transistors for Chip-Scale Starships).

Nano-Raumschiffe fliegen sehr schnell, aber sie müssen bei ihrer Ankunft auch wieder abgebremst werden können.

Im Januar 2017 entwickelten die beiden Wissenschaftler René Heller vom "Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung" in Göttingen, Deutschland, und Michael Hippke, unabhängiger Wissenschaftler aus Neukirchen-Vluyn, Deutschland, eine Computer-Simulation die zeigt, wie ein Bremsmechanismus für Nano-Raumschiffe funktionieren kann. Hierfür berechneten sie in der Simulation, wie stark sich der Strahlungsdruck der Sterne im "Alpha Centauri"-System auf die Mini-Raumschiffe dort bei ihrer Ankunft auf ihre Geschwindigkeit auswirkt und wie dieser Strahlungsdruck dazu verwendet werden kann, die Mini-Raumschiffe abzubremsen.

Auch Spiegel-Online berichtete darüber in einem Artikel vom 02.02.2017:
Irre Reise zum Sternsystem Alpha Centauri - Vollbremsung im Universum
Wer eine Forschungssonde zum nächsten Sternsystem schicken will, muss sie unvorstellbar beschleunigen - und vor Ort wieder abbremsen. Zwei Tüftler aus Deutschland wollen nun eine Lösung gefunden haben...

Ein Problem gibt es allerdings bei der Methode von René Heller und Michael Hippke: Was in der Computer-Simulation, also in der Theorie hervorragend klappt, würde in der Praxis scheitern, ganz einfach weil bei der Berechnung in der Simulation von einem sehr großen Sonnensegel mit einer Größe von ca. 100.000 Quadratmetern ausgegangen wird und das in einer derartigen Größe (noch) nicht hergestellt werden kann.

Graphen für Raumschiffe mit Lichtantrieb

Eine ganz neue Art von Lichtantrieb für Raumschiffe und Sonden, entdeckte ein chinesisches Forscherteam von der Nankai-Universität in Tianjin, als sie mit einem wenige Zentimeter großen Graphen-Schwamm experimentierten und erstaunt feststellten, dass dieser sich durch Bestrahlung von Laserlicht und sogar Sonnenlicht bewegen ließ.

Graphen für Raumschiffe mit Lichtantrieb

Lichtantrieb

Dieser Bewegungseffekt könnte laut des chinesischen Forscherteams zukünftigen Raumfahrzeugen oder Sonden erheblich mehr Vortrieb liefern als herkömmliche Sonnensegel. ...mehr »


Vielleicht gelingt es ja eines Tages, einen solchen, etwas größeren Graphen-Schwamm zu einem Sonnensegel zu formen, das dann deutlich kleiner ist, als das von René Heller und Michael Hippke in ihrer Computer-Simulation verwendete Sonnensegel, aber dennoch leicht genug ist und technisch herstellbar...

 
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