Sonnensegel helfen Raumschiffen, den Mars in 26 Tagen zu erreichen

Ein Wissenschaftlerteam simulierte mit einem Sonnensegel aus Aerographit eine Reise zum Mars und in den interstellaren Raum – mit beeindruckenden Ergebnissen.

Simulation des Sonnensegels von LightSail 2. Foto: Planetary Society

Eine Gruppe von Wissenschaftlern untersucht das Potenzial der Verwendung von Aerographit-Material zur Herstellung von Sonnensegeln, die zum Mars und darüber hinaus reisen könnten, berichtete Interesting Engineering am 27. September. Sonnensegel wurden erstmals im Weltraum von der LightSail 2-Mission der gemeinnützigen Planetary Society getestet, die die Umlaufbahn eines kleinen CubeSat-Satelliten um 3,2 Kilometer anhob und dabei nur den Antrieb von Photonen oder Lichtstrahlen der Sonne nutzte. In einer in der Fachzeitschrift Acta Astronautica veröffentlichten Studie wird detailliert beschrieben, wie Wissenschaftler Flüge zum Mars und in den interstellaren Raum mithilfe von Sonnensegeln aus Aerographit simulierten.

In der Studie simulierte das Team hinter dem Projekt die Geschwindigkeit eines Sonnensegels aus Aerographit. Sie simulierten ein Sonnensegel-Raumschiff mit einer Masse von einem Kilogramm, bestehend aus 720 Gramm Aerographit, und einer Querschnittsfläche von 104 Quadratmetern. Sie maßen die Geschwindigkeit, mit der das Sonnensegel den Mars und den interstellaren Raum erreichen könnte, die sogenannte Heliopause, den Punkt, an dem der Einfluss des Sonnenwindes nicht mehr spürbar ist. Die Forscher simulierten für jeden Flug zwei verschiedene Routen von der Erde, den sogenannten direkten Hinübergang und den Hinübergang.

Die direkte Methode für den Übergang zum Mars und an die Heliosphärengrenze besteht darin, ein Sonnensegel zu entfalten und die polare Umlaufbahn der Erde zu verlassen. Bei der Methode des Übergangs nach innen würde das Sonnensegel-Raumschiff mit einer konventionellen Rakete an einen Ort 0,6 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt transportiert werden. Anschließend wird sich das Sonnensegel entfalten und seine Reise zum Mars oder zur interstellaren Grenze antreten.

Das Team fand heraus, dass ein Raumschiff mit einem Sonnensegel den Mars mit der Methode des direkten Übergangs nach außen in 26 Tagen erreichen könnte. Das Raumschiff wird den roten Planeten in 126 Tagen erreichen, wenn es die Methode des nach innen gerichteten Transits verwendet. Für die Reise in die Heliosphäre benötigt die Methode des inneren Übergangs 5,3 Jahre, während die Methode des äußeren Übergangs 4,2 Jahre dauert. Bei der Methode des äußeren Übergangs sind vor der Entfaltung 103 Reisetage erforderlich, die Heliosphäre wird jedoch schneller erreicht, da das Sonnensegel seine Höchstgeschwindigkeit erst nach 300 Tagen erreicht. Bei der vorausschauenden Methode dauerte es zwei Jahre, bis die volle Geschwindigkeit erreicht war.

Dass das Sonnensegel in der Simulation der Wissenschaftler abgelegene Orte mit hoher Geschwindigkeit erreichen kann, liegt vor allem am Material Aerographit. Mit einer geringen Dichte von 0,18 kg/m3 übertrifft Aerographit alle herkömmlichen Solarsegelmaterialien, sagte Teamleiter Julius Karlapp, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Dresden.

„Im Vergleich zu Mylar ist die Dichte beispielsweise um ein Vielfaches geringer. Geht man davon aus, dass der Schub eines Sonnensegels direkt von der Masse des Segels abhängt, ergibt sich ein deutlich höherer Schub. Neben dem Beschleunigungsvorteil sind auch die mechanischen Eigenschaften von Aerographit sehr interessant“, sagt Karlapp.

Trotz ihrer extrem hohen Geschwindigkeit können Sonnensegel nur sehr geringe Mengen Fracht zum Mars oder in den Weltraum transportieren. Beispielsweise hofft die Mission Breakthrough Starshot, innerhalb von 20 Jahren eine ultraleichte Kamera zum nächstgelegenen Sternensystem, Alpha Centauri, zu bringen.

An Khang (laut Interesting Engineering )

Quellenlink: https://vnexpress.net/canh-buom-mat-troi-giup-tau-vu-tru-toi-sao-hoa-trong-26-ngay-4658866.html