Nanotechnologie-basierte Lichtsegel für die Raumfahrt der Zukunft

DELFT / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entwicklung von Lichtsegeln auf Basis von Nanotechnologie könnte die Raumfahrt revolutionieren. Forscher der TU Delft und der Brown University haben einen bedeutenden Fortschritt erzielt, indem sie extrem dünne, großflächige Reflektoren entwickelt haben, die zukünftige Raumfahrtmissionen unterstützen könnten.

Die jüngsten Fortschritte in der Nanotechnologie könnten die Art und Weise, wie wir das Weltall erkunden, grundlegend verändern. Forscher der TU Delft und der Brown University haben Lichtsegel entwickelt, die auf Nanotechnologie basieren und die Raumfahrt revolutionieren könnten. Diese Lichtsegel sind ultradünne, reflektierende Strukturen, die mithilfe von lasergetriebenem Strahlungsdruck Raumfahrzeuge mit hohen Geschwindigkeiten antreiben können.

Im Gegensatz zu herkömmlicher Nanotechnologie, die Geräte in allen Dimensionen miniaturisiert, verfolgen Lichtsegel einen anderen Ansatz. Sie sind zwar nur nanoskalig in der Dicke, können jedoch zu großen Blättern ausgeweitet werden. Die Herstellung eines solchen Lichtsegels, wie es für die Breakthrough Starshot Initiative vorgesehen ist, würde traditionell 15 Jahre dauern. Dank fortschrittlicher Techniken konnte das Team um den Erstautor und Doktoranden Lucas Norder diesen Prozess auf einen einzigen Tag reduzieren.

Dr. Richard Norte, außerordentlicher Professor an der TU Delft, erklärt: “Dies ist nicht nur ein weiterer Schritt in der Miniaturisierung, sondern eine völlig neue Denkweise in der Nanotechnologie.” Der aktuelle Prototyp misst 60 mm x 60 mm und ist 200 Nanometer dick, bedeckt mit Milliarden von nanoskaligen Löchern. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt in der großflächigen Lichtsegelherstellung dar.

Die Forscher kombinierten modernste neuronale Topologie-Optimierungstechniken mit hochmodernen Fertigungsmethoden, um dies zu erreichen. “Wir haben ein neues gasbasiertes Ätzverfahren entwickelt, das es uns ermöglicht, das Material unter den Segeln vorsichtig zu entfernen, sodass nur das Segel übrig bleibt”, erklärt Norte. “Wenn die Segel brechen, dann wahrscheinlich während der Herstellung. Sobald die Segel aufgehängt sind, sind sie tatsächlich ziemlich robust.”

Die vorgeschlagenen Lichtsegel nutzen lasergetriebenen Strahlungsdruck, um mit erstaunlichen Geschwindigkeiten zu beschleunigen, was eine schnelle interplanetare Reise ermöglicht. Während solche großen Distanzen noch ein Ziel für die Zukunft sind, haben jüngste Studien gezeigt, dass ähnliche Lichtsegel derzeit über Entfernungen von wenigen Pikometern angetrieben werden können. Norte und sein Team bereiten nun Experimente vor, um die neuen Membransegel über Entfernungen im Zentimeterbereich gegen die Erdanziehungskraft zu bewegen.

Diese Materialien eröffnen nicht nur neue Möglichkeiten für die Raumfahrt, sondern auch für die experimentelle Physik. Die Fähigkeit, Massen auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen, bietet beispiellose Möglichkeiten, Licht-Materie-Interaktionen und relativistische Physik im makroskopischen Maßstab zu untersuchen. “Diese Forschung platziert Delft an der Spitze der nanoskaligen Materialwissenschaft”, fügt Norte hinzu.

Derzeit würde es etwa 10.000 Jahre dauern, bis unsere schnellsten Raketen den nächstgelegenen Stern außerhalb des Sonnensystems erreichen. Die Breakthrough Starshot Initiative, die Tausende von Forschern vereint, strebt an, diese Reise auf nur 20 Jahre zu verkürzen. Durch die Entwicklung ultraleichter, lasergetriebener Raumfahrzeuge in der Größe von Mikrochips stellt das Projekt die erste interstellare Erkundung der Menschheit jenseits des Sonnensystems in Aussicht.

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