Neuer NASA-Photonenantrieb ließe Raumschiffe auf einem Laser-Strahl durchs All segeln

Reisen durch den Weltraum sind langwierig und nicht unbedingt energieeffizient. Kleine Teilchen dagegen können wir mit einem Tempo von nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Raum flitzen lassen. Ein Dilemma, das der NASA-Physiker Philip Lubin nun aus dem Weg räumen möchte. Er hat die Theorie für eine Technik entwickelt, mit der kleine Shuttles in drei Tagen zum Mars fliegen sollen. Bemannte Flüge könnten in einem Monat die Strecke zurück legen—und nicht wie derzeit angepeilt in circa fünf Monaten.

Bereits letztes Jahr hatte Lubin sein Konzept eines Photonenantriebs beim NASA Innovative Advanced Concepts Program vorgestellt und kommt nun in einem NASA 360°-Video mit dem Titel „Going Interstellar" noch einmal darauf zurück. Seine Idee ist es, mit Sonnensegeln ausgestattete Raumschiffe mittels eines Lasersystems zu beschleunigen.

Obwohl das alles noch recht utopisch klingt, ist Lubin überzeugt, dass sein Plan eines direkten Energieschubs auch heutzutage schon aufgehen könnte. „Es gibt einige aktuelle Vorstöße, die das aus dem Bereich der Science-Ficiton in die Realität bringen. Es gibt keinen bekannten Grund, warum wir das nicht hinkriegen sollten", argumentiert er in dem Video.

Allerdings bietet sich diese Technik eher für die interstallare Beförderung von Robotern oder der Sammlung extraterrestrischer Gesteinsproben an, da diese leicht sind und lediglich ein winziges Gefährt benötigen. Lupin spricht in seinem Paper „A Roadmap to Interstellar Flight" von „hauchdünnen Raumschiffen", welche offensichtlich nicht viel Platz bieten. Diese sind ausgestattet mit einem Ein-Meter breiten Segel, welches von einem konzentrierten, leistungsstarken Laserstrahl aus dem Erdorbit angepeilt wird. Das Segel taufte er DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and ExplorRation).

Indem die Laserstrahlen auf das Segel ausgerichtet werden, wird durch die Photonen ein Schub erzeugt, der das Gefährt durch das reibungsarme Vakuum des Weltalls schießt. Die Lichtpartikel haben keine Masse, verfügen aber sowohl über Energie als auch Impuls, den sie übertragen, sobald sie von einem Objekt reflektiert werden—sie versetzten dem Objekt einen kleinen Stoß. Nun wird nur noch ein reflektierendes Segel ausreichender Größe benötigt, um genug Schub zu erzeugen, der ein Raumschiff anschubst.

Mit dieser direkten Energieübertragung könnte ein Tempo von bis zu 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden und ein 100 Kilogramm schweres robotisiertes Fahrzeug in einem Zeitraum von drei Tagen zum Mars fliegen, so Lubin in dem Video. Ein größeres Raumschiff mit Menschen an Bord, bräuchte schätzungsweise einen Monat.

Die heutigen Raketen, wie auch die für 2018 geplante Trägerrakete Space Launch System (SLS), welche zur bemannten Erforschung des Weltraums und bis hin zum Mars entwickelt wird, bekommen ihren Schub durch die Verbrennung von Treibstoff. Eine Technik, die sich nicht nur negativ auf das Gewicht der Rakete auswirkt, sondern im Vergleich zu elektromagnetischer Beschleunigung auch nicht besonders effektiv ist.

Ein elektromagnetischer Antrieb wäre allerdings sehr teuer und lässt sich bisher schwierig auf solch große Gefährte hochskalieren—wie die bisher wenig erfolgreiche Entwicklung des EM-Drives oder Miktrowellenantriebs zeigt. Der Photonenantrieb scheint demzufolge eine echte Alternative zu sein.