Nano-Raumschiffe erreichen Alpha Centauri in nur 20 Jahren

Miniaturraumschiffe mit Lichtsegeln könnten einen alten Menschheitstraum erfüllen und die Erforschung anderer Sternensysteme möglich machen. Mit herkömmlicher Raketentechnologie benötigen wir rund 77.000 Jahre für einen Flug zu unserem nächsten Nachbar-Sternsystem Alpha Centauri. Die Breakthrough-Initative des russischen Philantropen und Internetmilliardärs Juri Milner, welcher auch der bekannte Astrophysiker Steven Hawking angehörte, setzt auf eine Technologie, bei der Kleinstsonden mit Lichtsegeln zum Einsatz kommen. Dadurch könnten wir bereits in 45 bis 50 Jahren Bilder von unserem kosmischen Nachbarn empfangen, die direkt im dortigen Sternensystem aufgenommen wurden.

Alpha Centauri ist mit heutiger Technologie unerreichbar

Wenn der Mond der logische erste Schritt war, in der Erkundung der Himmelskörper, und der Mars der logische erste Schritt, bei Missionen zu anderen Planeten unseres Sonnensystems, dann lag das vor allem daran, dass sie unsere unmittelbaren Nachbarn sind. Wenn die Menschheit zu den Sternen fährt, ist die logische erste Destination das Sternensystem Alpha Centauri als sonnennächstes Sternsystem. Die Entfernung von rund 4,3 Lichtjahren entspricht der Entfernung, die das Licht in 4,3 Jahren zurücklegt. Unter kosmischen Gesichtspunkten ein Katzensprung.

Licht ist allerdings schnell. So schnell, dass nach Einsteins Relativitätstheorie nichts schneller sein kann. Fast 300.000 km/s beträgt die Geschwindigkeit des Lichts. Daraus ergibt sich eine Entfernung von rund 40.850 Milliarden Kilometern. Mit heutigen chemischen Raketenantrieben bräuchten wir etwa 77.000 Jahre für diese Strecke. So schnell fliegt die Raumsonde Voyager 1, die als erstes von Menschen hergestelltes Objekt unser Sonnensystem verlassen hat. Für eine bemannte Raumfahrt ist dieser Zeitraum jedoch vollkommen unpraktikabel. Nuklearantriebe könnten diese Reisezeit auf ein Zehntel verkürzen, was aber immer noch zu lang ist. In Menschheitsgeschichte übersetzt wäre das in etwa der Zeitraum vom Mittelneolithikum der Jungsteinzeit bis heute. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine derart lange Mission fehlschlägt oder irgendwann vom technischen Fortschritt überholt wird, ist groß.

Laser-beschleunigte Mikro-Sonden können die Flugzeit verkürzen

Eine Lösung könnte die Solarsegel-Technologie bieten. Bereits 1873 stellte der schottische Physiker und Erfinder des Farbfotos James Clerk Maxwell fest, dass Licht einen Druck auf Flächen ausübt. Hundert Jahre später zeigte der Physiker und Science-Fiction Autor Robert Forward: Mithilfe eines solchen Photonenstrahls kann im weitgehend reibungsfreien Weltall ein Raumfahrzeug durch Sonnenlicht beschleunigt werden. Durch den eingesparten Treibstoff kann wiederum Masse von Raumschiffen eingespart werden. Lange ging man davon aus, dass ein erforderliches Sonnensegel eine Größe von rund 300 Kilometern haben müsste und eine Reise immer noch 1.200 Jahre dauern würde.

Die Breakthrough Initiative hat sich mit dem Starshot-Projekt zum Ziel gesetzt, diese Reisezeit auf 20 Jahre zu verkürzen. Eingesetzt werden Lichtsegel, die nicht allein durch Sonnenlicht angetrieben werden. Die entscheidende Beschleunigung gelingt durch den Einsatz von Laserstrahlen. Auch soll die Masse des Flugkörpers deutlich reduziert werden. Wozu müssen wir eine bemannte Mission zu unserem Nachbarstern schicken, wenn wir erst einmal herausfinden wollen, was wir dort vorfinden. Die Lösung sind viele kleine Mikrosonden, die in das ferne Sonnensystem geschossen werden und von dort aus Bilder und Messwerte an uns zurück funken.

Erste Bilder schon in 45 Jahren möglich

Vorgeschlagen hat die Idee der US-Physiker Philip Lubin Anfang 2016 und seither gibt es verschiedene Initiativen, die sich der Planung entsprechender Projekte widmen. Darunter finden sich auch die NASA und das deutsche Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Die bekannteste Initiative aber kommt vom Breakthrough Starshot Projekt des russischen Milliardärs, Physikers und Philantropen Juri Milner, in dem neben Facebook-Gründer Mark Zuckerberg auch der kürzlich verstorbene Astrophysiker Steven Hawking engagiert war. Milner hat für das Projekt 100 Millionen US-Dolar bereitgestellt.

Die Sonden mit Kamera, Funksender und Elektronik dürfen am Ende nur wenige Gramm wiegen und müssen hohe Beschleunigungen aushalten können. Zudem muss ein 100 Gigawatt Laserstrahl für die Beschleunigung entwickelt werden, der auf das wenige Meter große und nur wenige Atomschichten dicke Lichtsegel fokussieren kann. Schließlich sollen 10 Minuten Betrahlung über eine Strecke von 2 Millionen Kilometern ausreichend sein, um die Elektrochips auf ihre Reise zu schicken. Erste Prototypen der der briefmarkengroßen Sonden werden derzeit bereits im All getestet.

Die Entwicklungszeit des Projekts ist auf 20 Jahre angesetzt. Weitere 20 Jahre soll die Reisedauer der Kleinstraumflugkörper bis zur Destination in Alpha Centauri betragen. Schließlich dauert es noch einmal über 4 Jahre, um die Funksignale der Sonde auf der Erde zu empfangen.  Es ist also im Bereich des Möglichen, dass wir noch zu unserer Lebzeit Bilder aus dem Alpha Centauri Sternsystem empfangen. Mit dem Starshot beschäftigen sich auch die beiden deutschen Forscher René Heller und Michael Hippke vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Sie beschäftigten sich unter anderem mit der Frage, wie man die Ausbeute der Sternerkundung noch weiter optimieren könnte.

Ihr Konzept sieht unter anderem eine „Vollbremsung“ im Alpha Centauri System vor. So kann verhindert werden, dass die Sonden ungebremst durch das Sonnensystem hindurch rasen. Dafür müssten die Sonnensegel zum Abbremsen eingesetzt werden. Einmal abgebremst besteht die Möglichkeit, die Sonden in eine Umlaufbahn oder sogar zum Nachbarstern nach Proxima Centauri umzuleiten, wo sich der erdähnliche Exo-Planet Proxima Centauri b befindet. Ein mögliches zukünftiges Kolonisationsziel der Raumfahrt.