Ein Projekt zur Entwicklung diffraktiver Sonnensegel ist in die dritte und letzte Phase des Programms für fortgeschrittene Konzepte der NASA vorgerückt. Das Team hinter dem Projekt hat nun zwei Jahre Zeit, um diesen unkonventionellen Weltraumantrieb weiterzuentwickeln.

Neben der zweijährigen Verlängerung ist die Diffraktives Lichtsegel-Projektunter der Leitung von Amber Dubill vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University, erhielt von der NASA weitere 2 Millionen US-Dollar angekündigt heute. Die Phase-3-Finanzierung wurde durch die Raumfahrtbehörde gewährt Innovative fortschrittliche Konzepte (NIAC)-Programm. Mit der zusätzlichen Zeit und dem Geld werden Dubill und ihre Kollegen nun auf eine Demonstrationsmission hinarbeiten.

„Da wir uns weiter als je zuvor in den Kosmos vorwagen, brauchen wir innovative Spitzentechnologien, um unsere Missionen voranzutreiben“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson in der Erklärung. „Das NASA-Programm „Innovative Advanced Concepts“ hilft dabei, visionäre Ideen – wie neuartige Sonnensegel – freizusetzen und sie der Realität näher zu bringen.“

Das Projekt der diffraktiven Sonnensegel erreichte 2019 den Status der NIAC-Phase 2. Der Ingenieur Grover Swartzlander vom Rochester Institute of Technology leitete die ersten beiden NIAC-Phasen des Projekts und wird nun als Co-Ermittler weitermachen.

Sonnensegel funktionieren, indem sie Sonnenlicht nutzen, um Fahrzeuge durch den Weltraum zu treiben, ähnlich wie der Wind Segelboote über das Wasser schiebt. Anstatt reflektierende Segel wie dieses zu verwenden entwickelten von der Planetary Society würde das vorgeschlagene System diffraktive Segel verwenden. Eine wünschenswerte Eigenschaft der Beugung ist, dass sie bewirkt, dass sich Licht ausbreitet, wenn es durch eine kleine Öffnung wandert. Hier ist, wie Swartzlander beschrieben das Konzept im Jahr 2019:

Wir brechen in ein neues Zeitalter der Raumfahrt auf, das sich den Druck der Sonnenstrahlung auf große, dünne Segelmembranen zunutze macht. Die herkömmliche Idee der letzten 100 Jahre bestand darin, ein reflektierendes Segel wie eine Metallbeschichtung auf einem dünnen Polymer zu verwenden und dieses im Raum zu entfalten, aber Sie können auch eine Kraft erhalten, die auf dem Beugungsgesetz basiert. Im Vergleich zu einem reflektierenden Segel denken wir, dass ein diffraktives Segel effizienter sein und der Hitze der Sonne besser standhalten könnte. Diese Segel sind transparent, sodass sie nicht viel Wärme von der Sonne absorbieren, und wir haben kein Wärmemanagementproblem wie bei einer metallischen Oberfläche.

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Zu den Mängeln des herkömmlichen reflektierenden Designs gehören Segel, die groß und dünn sind. Sie sind auch durch die Richtung des Sonnenlichts begrenzt, was dazu dient, entweder die Leistung oder die Navigation einzuschränken, da Sie nicht beides haben können. Im Vergleich dazu verwenden diffraktive Lichtsegel winzige Gitter auf dem Segelmaterial, um Licht in alle Richtungen zu beugen. Wie die NASA sagt, wird dies Raumfahrzeugen ermöglichen, „das Sonnenlicht effizienter zu nutzen, ohne die Manövrierfähigkeit zu beeinträchtigen“. Das von Dubill vorgeschlagene Design könnte zu kleineren und flinkeren Segeln führen. Und als lustiger Nebeneffekt würden die Segel ein Regenbogenmuster haben, ähnlich wie CDs aussehen, wenn sie ins Licht gehalten werden.

In den NIAC-Phasen 1 und 2 entwarf, erstellte und testete das Team verschiedene diffraktive Segelmaterialien. Das Team führte auch Tests durch und entwickelte Navigations- und Steuerungsschemata speziell für eine zukünftige Solarmission. Tatsächlich könnten diffraktive Segel eine Konstellation von Satelliten im Orbit um die Polarregionen der Sonne ermöglichen. Die Sonnensatelliten, die über den Nord- und Südpol der Sonne flitzen, würden mit einer fortwährenden Antriebsquelle beispiellose wissenschaftliche Beobachtungen durchführen.

„Diffraktives Sonnensegeln ist eine moderne Version der jahrzehntealten Vision von Lichtsegeln“, erklärte Dubill in der NASA-Erklärung. „Während diese Technologie eine Vielzahl von Missionsarchitekturen verbessern kann, ist sie bereit, den Bedarf der Heliophysik-Community an einzigartigen Fähigkeiten zur Sonnenbeobachtung stark zu beeinflussen.“

In Phase 3 werden Dubill und ihr Team nun versuchen, das Material des Sonnensegels zu verbessern und Bodenexperimente durchführen, um die Machbarkeit des Konzepts weiter zu testen. Sollte alles nach Plan verlaufen, könnte das Konzept zu einer tatsächlichen weltraumgestützten Mission und den vorgeschlagenen Solarsatelliten führen.

„Mit dem kombinierten Fachwissen unseres Teams in den Bereichen Optik, Luft- und Raumfahrt, traditionelles Sonnensegeln und Metamaterialien hoffen wir, Wissenschaftlern zu ermöglichen, die Sonne wie nie zuvor zu sehen“, sagte Dubill.