Der Forscher Chen Yongsheng und seine Kollegen von der Nankai-Universität in Tianjin haben durch Zufall eine bisher unbekannte Eigenschaft der Kohlenstoffmodifikation Graphen entdeckt, die in Zukunft die Raumfahrt revolutionieren könnte. Raumschiffe und Sonden könnten schon bald auf eine völlig neue Art und Weise mit Licht angetrieben werden. Wie das Ganze funktionieren soll, erfahrt ihr bei uns auf Trends der Zukunft.


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Sonnenlicht als Antrieb der Zukunft

Nachdem Physiker schon im Jahr 2012 den aus Star Trek bekannten Warp Antrieb experimentell rekonstruieren konnten, wurde nun aus Zufall eine weitere Antriebstechnologie entdeckt. Eigentlich wollten die Forscher um Chen Yongsheng in einem Experiment herausfinden, ob die Leitfähigkeit und Festigkeit von Graphen auch bei einer größeren Anordnung bestehen bleiben. Für Laien klingt das also zunächst alles andere als spannend. Im Rahmen dieses Experiments formten die Forscher einen Schwamm aus zerknitterten Graphitoxid-Blättchen. Dabei wurden die Blättchen miteinander verschmolzen. Im Anschluss wollten die Forscher dann den Schwamm mit einem Laser zerschneiden. Dabei passierte etwas Kurioses. Der Schwamm machte unerwartet einen großen Satz nach vorn. Zunächst perplex, dann jedoch angetrieben von der Neugierde, wiederholten die Forscher den Vorgang mehrfach und beobachteten stets dasselbe Schauspiel.


Der aus verschmolzenen Graphitoxid-Blättchen bestehende Schwamm bewegte sich, sobald gebündeltes Licht in der Form eines Lasers auf ihn traf. In einer Vakuumkammer wurde der Vorgang intensiviert. Dazu beschossen die Forscher den Schwamm mit Lasern unterschiedlicher Wellenlängen und Intensität. In der Folge bewegte sich der Schwamm bis zu 40 Zentimeter weit. Die Bewegung konnte im weiteren Verlauf auch mit durch eine Lupe gebündeltem Sonnenlicht ermöglicht werden.

Erklärungsansätze

Überlegungen der Forscher zufolge absorbiert das Graphen die Energie des Lasers, so dass eine  elektrischen Ladung entsteht. Ist der Elektronenanteil im Material nach der Zeit gesättigt, kommt es dann schlagartig zu einer Entladung.  Der Schwamm in die entgegengesetzte Richtung geschleudert. Bisher ungeklärt ist, warum die Elektronen sich nicht in alle Richtungen wahllos entladen, sondern konzentriert in eine Richtung wegfliegen. Die Flussrichtung und Geschwindigkeit konnten die Forscher jedenfalls nachweisen.

In Zukunft könnten Antriebe, basierend aus den aktuellen Erkenntnissen, für Raumschiffe oder Sonden gefertigt werden. Die Leistung wäre dabei nicht so groß wie bei chemisch angetriebenen Raketen. Dennoch erzeugt der Lichtantrieb wesentlich mehr Vortrieb als die Sonnensegel bisher erreichen.

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2 Kommentare

  1. Tobi

    3. April 2016 at 10:39

    Könnte man hiermit wohl auch Energie gewinnen wenn man die entstehende Ladung abführen könnte? Interessante Entdeckung!

  2. Daniel

    28. März 2017 at 18:47

    Das Graphenteil wir statisch aufgeladen bei einem Sprung durch Elektronenausstoß. Im Labor wird dies z.B. durch die Luft ausgeglichen. Im Weltraum wird nach einiger Betriebszeit dann das Statische positive Feld so stark, dass es ausgestoßene Elektronen beginnt wieder einzufangen, wenn man sie nicht neutralisiert. Eingefangene Elektronen kompensieren den Schub wieder, so dass ohne Neutralisation mit positiven Ionen kein Schubgewinn gegenüber Solarsegeln mehr besteht. Ionenantriebe lösen dieses Problem, indem sie ebenfalls Elektronen emittieren. Dadurch wird ein Treibstoffähnliche Materie benötigt.
    Also könnte ein möglicher Graphenantrieb mit Ionenantrieben verglichen werden, der Licht direkt zur Beschleunigung nutzt ohne den Umweg über Spannungsgewinnung mit Solarzellen. Es bleibt damit ein Tankbegrenzter Antrieb im Gegensatz zu Solarsegeln, die neutrale Photonenimpulse durch Umlenkung nutzen. Bei Solarsegeln wird also der „Treibstoff“ von der Sonne mit geliefert, dieser Vorteil wird erkauft durch die Schubbegrenzung auf den verfügbaren Sonnendruck.

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