Mit dem Sonnenlicht in unendliche Weiten

München - Der Aufbruch in unbekannte Welten erfolgte viele Jahrhunderte per Segelschiff. Das Segel könnte auch bei der Erkundung des Weltraums eine entscheidende Rolle spielen: Angetrieben nur vom Licht der Sonne.

Christoph Kolumbus schaffte es von Wind angetrieben bis nach Amerika, Magellan kam an Südamerika vorbei bis zu den Philippinen. In wenigen Jahrzehnten könnten Segelschiffe weit ins Weltall vorstoßen. Das entspringt nicht den Hirnen von Romanautoren. Raumfahrtnationen beschäftigen sich schon lange mit dem Thema "Sonnensegel": Die USA, Europa, China, Japan - doch überall steckt die Technologie in den Kinderschuhen. Und meist wird sie ein wenig als Stiefkind der Raumfahrt behandelt. Am Ammersee trafen sich nun internationale Experten zu einem Sonnensegel-Symposium, um die unerschöpfliche Antriebstechnik voranzubringen.

Lichtstrahlen werden in der Physik auch als winzige Teilchen beschrieben. Photonen, deren hohe Geschwindigkeit sich nutzen lässt. Wie sich der Wind beim normalen Segeln an Stoffbahnen fängt und umgelenkt wird, spiegelt ein Sonnensegel das Licht. So übertragen die Photonen ihre Energie auf ein Raumschiff.

Das hat schon früh Pioniere der Raumfahrt wie Hermann Oberth fasziniert. Doch sie kamen nicht weit: Um genug Licht einzufangen, braucht man riesige Flächen. Und diese Größe erfordert viel Material, und damit Masse, die sich dem Vortrieb entgegenstellt.

Erst neueste Leichtbautechnik löste diesen Widerspruch auf. Sonnensegel mit einem Hektar Fläche und zwei bis drei Zentner Nutzlast sind heute denkbar. Fürs Erste und für unbemannte Missionen reicht das. Damit käme eine Weltraum-Variante des Segelschiffs an die Grenzen des Sonnensystems und darüber hinaus. Auch Reisen in Richtung Sonne sind möglich. Denn wie jedes Segelschiff kann auch das entsprechende Raumschiff gegen das Licht ankreuzen.

Das hat einen weiteren Vorteil. Die hohe Lichtdichte in Sonnennähe wirkt wie eine gewaltige Schleuder, die ein Raum-Segelschiff weit ins Weltall befördern kann. Diese Schleuder kann Segel-Raumschiffe trotz des Umwegs sogar schneller zu entfernten Planeten bringen, als herkömmliche Raketentriebwerke auf direktem Weg.

Obwohl die Möglichkeiten vorhanden sind, stockt die praktische Umsetzung seit Jahren. Entfaltungstests für Sonnensegel fanden nur unter simulierten Weltraumbedingungen unter anderem beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) statt. Lediglich Japan hat bereits im Weltraum ein kleines Sonnensegel entfaltet.

Hier müsste die Entwicklung auch weitergehen: weitere Tests im Weltall und am Ende ein erstes kleines Segel-Raumschiff zu Testzwecken.

Sonnensegel sind für kleine Raumfahrt-Nationen in Europa sowie Japan oder China einen Chance, technologisch mitzuhalten. Doch die öffentliche Resonanz ist eher verhalten - und damit die politische Unterstützung. Dabei warnten die Wissenschaftler in ihrer Ammersee-Erklärung bereits vor einem Scheitern: "Ohne weitere Investitionen in diesen Bereich gehen auch bereits erreichte Fähigkeiten bei der Sonnensegel-Technologie wieder verloren."

Dagegen steht die Wirtschaft auch in Bayern in den Startlöchern. Das Münchner Raumfahrt-Unternehmen Kayser Threde hat dazu das Sonnensegel-Symposium veranstaltet. Das DLR steht bereit, den Flug eines kleinen Segel-Raumschiffmodells zu Testzwecken vorzubereiten.

Vor allem fordern die Wissenschaftler internationale Zusammenarbeit. Denn die nationalen Mittel für die Raumfahrt sind knapp und die Zeit drängt. Ohnehin ist es bis zu Forschungs- oder Versorgungsmissionen per Segel-Raumschiff noch ein weiter Weg. Verbindliche Pläne für Tests im Orbit gibt es ebenso wenig wie eine internationale Organisation. Dabei wäre diese der einzige Weg, auf absehbare Zeit durchs All zu segeln.

Bemannte Missionen vorerst nicht möglich

Das Gewicht (korrekt: die Masse) einer Segelkonstruktion wächst überproportional zur Segelfläche. Weil das die Beschleunigung hemmt, sind größere Raumschiffe mit Sonnensegel und damit bemannte Missionen zumindest vorläufig noch nicht möglich.

Ein Segeln wie auf der Fläche von Seen geht im Weltraum nicht. Jede Fortbewegung im All ist an ausgeklügelte Bahnen gebunden, bei denen die Summe aller Anziehungs- und Fliehkräfte sich aufheben, wie die Umlaufbahnen bei erdnahen Raumschiffen. So kann man sich mit vergleichsweise geringer Schubkraft - etwa durch ein Sonnensegel - von Planetenorbit zu Orbit weiter ins All hangeln.

Wie jedes Segel neigt auch ein Sonnensegel dazu, seiner Antriebsquelle, dem Licht, möglichst keinen Widerstand entgegenzusetzen, ihm auszuweichen. Wird beim Segelschiff diese Neigung vom Kiel und mit Seilen unterbunden, übernehmen beim Segel-Raumschiff diese Funktion Ionentriebwerke, die Elektrizität benötigen und diese aus Solarzellen beziehen. Diese Triebwerke ermöglichen auch die Segelausrichtung auf die Sonne sowie Kurskorrekturen.

Das Weltall ist in Wahrheit kein leerer Raum. Noch in der Höhe der Raumstation Mir scheiterten Sonnensegel-Tests an der dort immer noch vorhandenen Restatmosphäre. Die Luftteilchen hoben die Wirkung des Sonnenlichts völlig auf - eine Bewegung war nicht möglich. Bis in mindestens 1000 Kilometer Höhe muss man Segel-Raumschiffe mit konventionellen Raketen bringen.

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