Metajets könnten Laserantriebe für Raumschiffe ermöglichen

Um lange und weite Reisen mit Raumsonden- und schiffen zu ermöglichen, braucht es neue Antriebe. Denn das Nachbar-Sternensystem Alpha Centauri ist in All-Dimensionen mit etwa 4,2 Lichtjahren nur einen Katzensprung entfernt. Doch mit aktueller Technologie würde die Reise Zehntausende Jahre dauern.

Voyager 1, die erste Sonde, die den interstellaren Raum erreicht hat, würde über 70.000 Jahre dorthin benötigen. Ein neues Antriebskonzept, das die Reisezeit auf 20 Jahre reduzieren könnte, wurde an der A&M University in Texas entwickelt: Metajets.

Ultradünne Materialien

Die Forscher beschreiben Metajets als mikroskopisch kleine Geräte, die kontrollierte Bewegung generieren, wenn sie von Laserlicht bestrahlt werden. Sie bestehen aus sogenannten Metaoberflächen – superdünne Materialen mit winzigen Mustern. Diese Muster erlauben das Licht zu steuern, ähnlich wie, wenn man eine Glaslinse schleift.

Je nachdem, wie die Struktur dieser Muster aussieht, wird kontrolliert, wie das Licht Momentum auf ein Objekt überträgt, um es zu bewegen. Laut den Forschern wird dazu ein Effekt genutzt, der entsteht, wenn Licht von einer Oberfläche zurückprallt. Wird Licht reflektiert, überträgt es Momentum. Dies sei eine kleine, aber messbare Kraft, die ein Objekt anschieben kann.

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3D-Steuerung

Bei Experimenten haben die Forscher festgestellt, dass die Metajets ein vollständiges, dreidimensionales Steuern ermöglichen. Dies sei das weltweit erste Mal, dass dies mit einem optischen Antrieb gelungen sei.

Bei anderen Ansätzen wird versucht, die Bewegung zu kontrollieren, indem das Licht geformt wird. In diesem Fall ist die Kontrolle aber schon im Material eingebaut. Das erlaubt eine flexiblere Form der Schuberzeugung.

Laut den Forschern ist das ein vielversprechender Ansatz, um das neue Antriebskonzept vom mikroskopischen Maßstab hochzuskalieren. Der mögliche Schub hängt nämlich nicht von der Größe des Geräts ab, sondern von der Stärke des Lichts.

Experimente in der Schwerelosigkeit

Derzeit sind die Metajets nämlich noch kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars. Der zugrundeliegende physische Ansatz würde es aber möglich machen, weit größere Antriebssysteme damit zu bauen, solange ein genügend starker Laser zur Verfügung steht.

Damit das in Zukunft passieren kann, wird jetzt nach finanzieller Unterstützung gesucht. Damit sollen im nächsten Schritt Experimente in der Schwerelosigkeit finanziert werden, um festzustellen, wie sich diese Antriebsform im Weltall verhalten könnte.