Werden im All die Segel gehisst?
Mit der Kraft des Sonnenlichts durchs All segeln – davon träumen SF-Autoren und Weltraumforscher seit fast hundert Jahren. Nun sollte dieser Traum erstmals Wirklichkeit werden! Von Rainer Kayser
Am Abend des 21. Juni 2005 schießt die amerikanische Planetary Society, ein Verein von Raumfahrtenthusiasten, den Satelliten Cosmos-1 ins All. In 800 Kilometern Höhe soll er ein großes Sonnensegel entfalten, dass den Satelliten – so die Hoffnung auf eine höhere Umlaufbahn trägt. Bescheidene vier Millionen Dollar kostet das ausschließlich mit privaten Spenden finanzierte Experiment – „soviel hätte die Nasa bereits für die Vorstudien ausgegeben“, meint Projektleiter Lou Friedman. Schon in den 1970er Jahren hatte Friedman für die Nasa eine mit einem Sonnensegel ausgerüstete Mission zum Kometen Halley entworfen, die jedoch aus Kostengründen gestrichen wurde. Friedman gehört zu den Gründern der Planetary Society, die seit 20 Jahren auch Kontakte zu russischen Weltraumforschern und Raketenentwicklern pflegt. Diese Kontakte zahlen sich nun aus: Cosmos-1 startet von einem russischen Atom-UBoot in der Barentssee – mit einer umgebauten SS18-Interkontinentalrakete. Der Satellit wurde von dem russischen Raumfahrtunternehmen Lavochkin entwickelt und gebaut. Amerikanische Hardware wäre für die Planetary Society unbezahlbar gewesen.
Nach der Entfaltung des 600 Quadratmeter großen Sonnensegels gleicht Cosmos-1 einer kosmischen Windmühle: Das Segel besteht aus acht jeweils 15 Meter langen, wie bei einer Mühle radial angeordneten Dreiecken. Diese „Windmühlenflügel“ bestehen aus einer nur fünf Tausendstel Millimeter dicken, mit Aluminium beschichteten Polyesterfolie. Die Folie muss extrem dünn sein, damit die Gesamtmasse des Satelliten bei der großen Fläche des Sonnensegels nicht zu groß wird. Cosmos-1 wiegt gerade einmal 100 Kilogramm. Denn von der Größe des Segels und der Masse des Satelliten hängt die Schubkraft ab, die das Sonnenlicht dem Raumfahrzeug verleiht. Licht besteht aus Teilchen, den so genannten Photonen. Wenn das Segel diese Photonen reflektiert, übertragen sie Impuls und damit Bewegungsenergie auf den Satelliten. Die Schubkraft des Sonnenlichts ist allerdings äußerst schwach: Innerhalb eines ganzen Tages könnte das Segel eine Raumsonde lediglich um 160 Kilometer pro Stunde beschleunigen. Dafür steht das Sonnenlicht dauerhaft zur Verfügung im Gegensatz zu den begrenzten Treibstoffmengen an Bord von Raumschiffen.
Nach hundert Tagen könnte eine interplanetarische Raumsonde bereits 16.000 Kilometer pro Stunde erreichen, nach drei Jahren gar das Zehnfache – damit wäre sie dreimal schneller als die VoyagerSonde, die gerade die Grenze unseres Sonnensystems erreicht hat. Per Sonnensegel ließe sich Pluto, der äußerste Planet des Sonnensystems, in fünf Jahren erreichen, rechnet Friedman vor. Die Nasa rechnet für ihre konventionell angetriebene PlutoMission „New Horizons“ dagegen mit mindestens der doppelten Reisezeit. Ähnlich wie bei einem Segelboot lässt sich auch bei einem Sonnensegler durch das Anstellen des Segels die Flugrichtung verändern. So könnte eine Sonde völlig ohne Treibstoff von Planet zu Planet kreuzen. Sogar „gegen das Licht“ ließe sich segeln. Sowohl bei der Nasa als auch bei der europäischen Weltraumbehörde denken deshalb die Forscher über mit Sonnensegeln ausgestattete Sonden nach, die unsere Sonne auf polaren Bahnen umkreisen sollen. Vorerst aber hat die Planetary Society mit Cosmos-1 die Nase vorn. Niemand weiß allerdings im Voraus, wie sich die hauchdünne Folie im Weltall verhält. Vielleicht beginnt sie zu flattern oder Wellen zu schlagen wie die Bespannung eines billigen Drachens bei zu starkem Wind. „Unser Ziel ist bescheiden“, erklärt Friedman deshalb, „wir wollen zeigen, dass das Segel funktioniert, dass es uns Schub gibt, um auf eine höhere Umlaufbahn zu kommen. Und das es sich steuern lässt.“
Wenn Cosmos-1 dieses Erwartungen erfüllt, ist ein weiteres Experiment geplant: Vom Erdboden aus will der Physiker und SF-Romanautor Gregory Benford mit einer Radioantenne einen 450 Kilowatt starken, gebündelten Mikrowellenstrahl auf das Segel richten. Der Strahl soll dem Satelliten einen zwar kleinen, aber messbaren zusätzlichen Schubs geben. Denn in diesem Verfahren liegt, so glauben Friedman und Benford, die Zukunft der Raumfahrt. Jenseits der Bahn des Jupiters ist das Sonnenlicht zu schwach, um Raumsonden genügend Antrieb zu geben. Aber wenn das Sonnenlicht zu schwach wird, könnten gebündelte Mikrowellen oder Lasterstrahlen die nötige Schubkraft liefern. Nachtrag: Der Start von «Cosmos 1» ist gescheitert. Die Raumsonde habe sich nicht von der defekten Rakete gelöst und sei mit auf die Erde gestürzt, teilte eine Sprecherin der russischen Konstrukteursfirma Lawotschkin vier Tage nach dem Start in Moskau mit. Dr. Rainer Kayser ist Astrophysiker und lebt und arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in Hamburg. Er gehört zum Stamm-Team von Morgenwelt. mailto:rkayser(at)hs.uni-hamburg.de
Am 20. Juni 2005 soll der Satellit Cosmos 1 ins All starten. Dieser stellt in mehrerer Hinsicht eine Besonderheit dar. Er wurde von der Plantetary Society, einem Verein von Raumfahrtenthusiasten geplant und gebaut. Der Satellit soll die neue - aber theoretisch schon lange bekannte - Technologie der Weltraumsegel testen.

Im Jahr 1921 stellte der russische Raumpionier Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski das theoretische Konzept vor. In den 1970er Jahren wurden Pläne von Louis Friedman für eine Mission zum Kometen Halley bei der Nasa nach einer Risikoanalyse nicht realisiert.

Die Mission kostet vier Millionen US-Dollar und startet in der Barentssee von dem russischen Atom-U-Boot "Borisoglebsk" mit einer Rakete des Typs Volna einer umgebauten SS18-Interkontinentalrakete. Sie soll den 100 Kilogramm schweren Satelliten in eine Höhe von 825 Kilometern transportieren. Das Sonnensegel hat entfaltet eine Größe von 600 Quadratmetern und besteht aus acht jeweils 15 Meter langen radial angeordneten Dreiecken. Die Flügel selber bestehen aus einer fünf Tausendstel Millimeter dicken, mit Aluminium beschichteten Polyesterfolie.