Die Zukunft des Reisens im All: Seit über einem Jahrzehnt forschen Wissenschaftler an innovativen Segelantrieben für Raumfahrzeuge. Nun hat ein internationales Team aus den USA und den Niederlanden eine bahnbrechende Technologie entwickelt, die die Herstellung von sogenannten Lightsails deutlich verbessert.

Ein Lightsail, also ein Lichtsegel, ist eine extrem dünne Membran, die das Raumfahrzeug antreibt. Vergleichbar mit einem Segelboot auf dem Wasser, nutzt ein Lightsail die Kraft des Sonnenlichts. Photonen, die auf das Segel treffen, werden reflektiert und übertragen ihren Schwung an das Segel, was zu einem Vortrieb im Vakuum des Weltraums führt.

Das Forschungsteam von der Brown University in Rhode Island und der TU Delft in den Niederlanden hat Verfahren entwickelt, um hochgradig reflektierende und ultraleichte Membranen herzustellen. Der neueste Prototyp misst lediglich 6 Zentimeter in der Kantenlänge und überzeugt durch eine Dicke von nur 200 Nanometern – ein enormer Fortschritt im Vergleich zu den ersten Lightsails, die mehrere Mikrometer dick waren.

Leichter und effizienter denn je

Die Membran besteht aus einem einkristallinen Siliziumnitrid und ist mit einem komplexen Muster von Nanolöchern versehen, das mit Hilfe künstlicher Intelligenz entwickelt wurde. Diese Löcher sind kleiner als die Wellenlänge des Lichtes und dienen gleich mehreren Zwecken: Sie reduzieren das Gewicht des Segels und optimieren gleichzeitig dessen Reflexionseigenschaften. Ein besseres Reflexionsvermögen ist entscheidend, denn es bestimmt, wie viel Lichtdruck auf das Segel ausgeübt wird – und somit auch die Beschleunigung des Raumfahrzeugs. Mit einem geringeren Gewicht können weniger Antriebskräfte aufgebracht werden, was eine höhere Geschwindigkeit bedeutet.

Die Konstruktion des Segels wurde von Miguel Bessa und seinem Team an der Brown University realisiert. Richard Norte von der TU Delft hat ein neues gasbasiertes Ätzverfahren entwickelt, das es ermöglicht, die Materialschichten unter dem Segel gezielt zu entfernen, sodass das Segel selbst gleichzeitig stabil und leicht bleibt. „Die Segel sind nach der Herstellung robust, selbst wenn sie während des Produktionsprozesses brechen können“, erklärt Norte.

Schnelle und kostengünstige Produktion

Mit dem neuen Verfahren aus Delft dauert die Herstellung eines Segels nur einen Tag und ist kostengünstig. Im Gegensatz dazu hätten traditionelle Techniken Jahre in Anspruch genommen und wären erheblich teurer gewesen – in der Größenordnung von 15 Jahren, so die Forscher.

Lichtsegel gelten als zukunftsweisende Antriebstechnologie für interstellare Missionen. Die Initiative „Breakthrough Starshot“, finanziert vom russisch-israelischen Milliardär Yuri Milner, plant den Einsatz von Lightsails, die mit bodengestützten Lasern auf bis zu 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden sollen. Dies könnte es möglich machen, das nur vier Lichtjahre entfernte Sternsystem Alpha Centauri innerhalb von etwa 20 Jahren zu erreichen. Zum Vergleich: Die Voyager-Sonden benötigten viele Jahrzehnte, um die Grenzen unseres Sonnensystems zu durchqueren – 35 und 36 Jahre respectively. In einer Ära, in der interstellare Reisen bereits greifbar erscheinen, könnte diese Technik die leidenschaftlichen Träume der Menschheit nach dem Entdecken neuer Welten Wirklichkeit werden lassen.