Laserantrieb

Laserantrieb trennt die Energiequelle vom Raumfahrzeug. Statt Treibstoff mitzuführen, empfängt das Schiff Energie von einem externen Laser, der auf der Erde, im Orbit oder auf dem Mond stationiert ist. Diese Trennung löst ein Grundproblem der Raketentechnik: Je mehr Treibstoff ein Schiff mitnimmt, desto schwerer wird es, und desto mehr Treibstoff braucht es, um den Treibstoff zu beschleunigen (Tsiolkowski-Dilemma).

Es gibt mehrere Varianten. Beim Lichtsegel-Ansatz drückt der Laserstrahl auf ein reflektierendes Segel und beschleunigt das Raumfahrzeug rein durch Strahlungsdruck. Die Beschleunigung ist gering, aber über Wochen und Monate summiert sie sich zu enormen Geschwindigkeiten. Beim Laser-Thermal-Antrieb erhitzt der Strahl ein Arbeitsgas (z. B. Wasserstoff) an Bord, das dann als heißer Abgasstrahl ausgestoßen wird, ähnlich einem konventionellen Triebwerk, aber mit externer Energiezufuhr. Beim Laser-Ablationsantrieb verdampft der Strahl Material von der Rückseite des Raumfahrzeugs, der Rückstoß erzeugt Schub.

Das ambitionierteste aktuelle Projekt ist Breakthrough Starshot, initiiert 2016 von Juri Milner und dem verstorbenen Stephen Hawking. Der Plan: Ein Array von Hochleistungslasern mit zusammen 100 Gigawatt Leistung beschleunigt gramm-leichte Sonden (StarChips) auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit. Bei dieser Geschwindigkeit erreicht eine Sonde Alpha Centauri in etwa 20 Jahren. Die technischen Herausforderungen sind gewaltig: Ein 100-GW-Laserarray existiert nicht, die Sonde muss den Beschleunigungsvorgang von 60.000 g überstehen, und das Segel darf den Laserstrahl nicht absorbieren, sonst verdampft es.

Philip Lubins Gruppe an der UC Santa Barbara arbeitet seit 2015 am DE-STAR-Konzept (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation), einem modularen Laserarray im Orbit, das sowohl für die Asteroidenabwehr als auch für den Antrieb kleiner Sonden genutzt werden könnte. NASA hat die Forschung über das NIAC-Programm (NASA Innovative Advanced Concepts) gefördert.

Für größere, bemannte Raumschiffe ist Laserantrieb mit heutiger Technologie nicht realisierbar. Die benötigten Laserleistungen liegen im Petawatt-Bereich, und die Fokussierung über interplanetare Distanzen erfordert Spiegel von Kilometerdurchmesser. Robert Forward schlug 1984 ein Fresnel-Linsensystem von 1.000 km Durchmesser vor, um ein 1.000-Tonnen-Raumschiff zu Alpha Centauri zu schicken.

In der Science-Fiction nutzen viele interstellare Konzepte Varianten des Laserantriebs. Larry Nivens Known-Space-Universum verwendet lasergetriebene Lichtsegel für den interstellaren Handel. In Liu Cixins Trisolaris-Trilogie wird Lichtsegel-Technologie ebenfalls als realistische Option für interstellare Reisen diskutiert.