Lightsail: Segeln vor dem Sonnenwind

Der Weltraum wird privat: Objekte in die Umlaufbahn zu schießen, war lange den staatlichen Raumfahrtagenturen vorbehalten. Heute schießen auch Unternehmen Raumschiffe ins All. Die gemeinnützige, wissenschaftliche Planetary Society hat kürzlich ein Miniraumschiff mit einem neuartigen Antrieb in den Orbit gebracht. Ziel war es, den Antrieb zu testen.

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Lightsail mit ausgeklapptem Sonnensegel. Das Raumfahrzeug schickte das Foto am 9. Juni 2015 zur Erde. (Foto: The Planetary Society)

Das Konzept ist Segeln mit Sonnenlicht. Die Planetary Society ließ das Testraumschiff Lightsail-A vier Wochen um die Erde kreisen. Eine weitere Mission ist in Vorbereitung. Aber auch die Raumfahrtagenturen erwägen, diesen Antrieb zu nutzen - ein japanisches Raumschiff segelt sogar schon durch das Sonnensystem.

Antrieb durch Photonen

Segeln im Weltraum funktioniert so ähnlich wie Segeln auf der Erde: Auf dem Wasser sorgt der Wind, der auf das Segel trifft, für den Vortrieb. Der Wind im Weltraum besteht aus Photonen, die die Sonne ins All aussendet. Die Lichtteilchen haben zwar keine Masse, aber sie haben Schwung. Treffen sie auf das Sonnensegel von Lightsail, werden sie davon reflektiert. Dabei übertragen sie den meisten Schwung auf das Segel und treiben so den Weltraumsegler an.

Das erzeuge nicht den Riesenschub einer Rakete, erklärt die Planetary Society auf der Website des Projekts. Eine Rakete brennt aber auch nur für kurze Zeit, das Lichtsegel hingegen ist dauerhaft gesetzt. Ein damit ausgestattetes Raumfahrzeug wird zwar nur wenig, aber dafür kontinuierlich angetrieben.

Ein Quadrat aus vier Dreiecken

Lightsail ist ein Cubesat-3. Er besteht aus drei Würfeln mit einer Kantenlänge von zehn Zentimetern. Das quadratische Sonnensegel besteht aus vier Dreiecken aus einer 45 Mikrometer dicken biaxial orientierten Polyester-Folie (Bopet). Das Material wird gereckt und bekommt dadurch eine hohe Zugfestigkeit sowie eine große chemische, mechanische und thermische Stabilität.

Für den Flug werden die Dreiecke gefaltet und in dem Cubesat verstaut. Die Verkleidung des Satelliten ist auch für die Energieversorgung zuständig: Die Innenseiten sind mit Solarmodulen ausgelegt. Vier Streben sorgen dafür, dass sie sich entfalten und halten sie dann straff. Entfaltet ist das Segel 32 Quadratmeter groß.

Lightsail fliegt mit unbemanntem US-Militärraumschiff

Am 20. Mai brachte eine Trägerrakete vom Typ Atlas V 501 des US-Raumfahrtunternehmens United Launch Alliance (ULA) das Miniraumschiff mit ins All. Lightsail flog als Sekundärnutzlast mit dem unbemannten Raumfahrzeug X-37B Orbital Test Vehicle (OTV), mit dem die US-Luftwaffe Langzeitmissionen in der Erdumlaufbahn durchführt.

Im Orbit wurde die Verkleidung ausgeklappt, damit das Raumfahrzeug Strom hat. Dann hatte Lightsail nicht viel mehr zu tun, als um die Erde zu kreisen und Telemetriedaten zur Erde zu funken. In dieser Zeit kam es zu einigen Problemen: Fehler in der Software und an den Akkus legten Lightsail mehrfach lahm und gefährdeten die ganze Mission.

Lightsail setzt Segel

Doch Lightsail erwachte wieder, und am 7. Juni war dann der große Tag: Das Sonnensegel wurde entfaltet. Vorerst musste sich die Mannschaft auf der Erde mit Telemetriedaten des Motors zufriedengeben: Das Raumschiff befand sich außerhalb der Reichweite der Bodenstationen der California Polytechnic State University in San Luis Obispo und des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech). Deshalb konnte erst am Tag darauf ein Bild aufgenommen und in Teilen zur Erde gesendet werden. Das vollständige Bild gab es erst am 9. Juni.

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Das Segel von Lightsail: Es fängt den Schwung der Photonen auf. Es ist 32 Quadratmeter groß. (Foto: Planetary Society)

Die Bodenmannschaft wollte noch ein Bild der zweiten Kamera aufnehmen, auf dem die Erde zu sehen gewesen wäre. Es kam aber nur in Fragmenten an. Bevor sie einen neuen Versuch starten konnten, kam es erneut zu einem Systemausfall: Lightsail sendete nur noch dauerhaft ein Signal ohne Daten zur Erde.

Wegen der Größe des Segels war Lightsail von der Erde aus zu sehen: Jason Davis von der Planetary Society veröffentlichte in seinem Blog Bilder und Videos von Lightsail-Sichtungen. Dem Direktor der Planetary Society, Bill Nye, gelang es am 14. Juni, Lightsail am Himmel zu sehen. Zuvor hatten Wolken und helles Licht das verhindert. Auch an diesem Tag sei Lightsail nur "der blasseste Nadelstich gegen die hellen Lichter der Großstadt" gewesen, schreibt er.

Lightsail verglüht

Es war die letzte Gelegenheit, einen Blick auf das Raumfahrzeug zu werfen: Am 15. Juni gegen 19:30 Uhr unserer Zeit trat Lightsail planmäßig in die Erdatmosphäre ein und verglühte über dem Südatlantik. Möglicherweise hatten sich Satellit und Segel aber getrennt: Der in Deutschland ansässige Amateurfunker und Satellitenbeobachter Mike Rupprecht empfing noch Stunden später sehr schwache Signale von Lightsail.

Die Vorstellung, dass sich das Sonnensegel beim Wiedereintritt des Cubesat abgetrennt und mit der Steuerelektronik und dem Funksystem noch ein paar Runden um die Erde gedreht hat, sei lustig, schreibt Davis in seinem Blog. "Eine letzte Trotzhandlung sozusagen."

Der Test war erfolgreich

Trotz der Schwierigkeiten war die Mission ein Erfolg: Das Primärziel war, das Entfalten des Segels in weitgehender Schwerelosigkeit zu testen und Bilder von den Streben aufzunehmen, die die vier Segel straff halten. Das wurde erreicht.