Ruimtescheepjes met zonnezeil kunnen dankzij sterlicht remmen bij exoplaneten

Er is niks mis met dromen van technologieën die ons snel naar andere sterren kunnen vervoeren, maar hoe kunnen we het beste remmen als we er eenmaal zijn?

Dit soort zonnezeilen kunnen best afremmen bij Proxima Centauri.
Dit soort zonnezeilen kunnen best afremmen bij Proxima Centauri. Beeld: breakthroughinitiatives.org

Rene Heller van het Max Planck Institute voor zonnestelselonderzoek bedacht samen met de onafhankelijke ruimteonderzoeker Michael Hippke een nieuw antwoord. We kunnen een schip met zonnezeil ook afremmen met behulp van sterrenkracht.

Ons buurstersysteem, Alpha Centauri, is meer dan vier lichtjaar bij ons vandaan. Technologieën op basis van chemische voortstuwing wegen teveel om dit soort enorme afstanden te overbruggen. Ze zouden er ongeveer 100.000 jaar over doen om Alpha Centauri te bereiken.

Grafeen

Een andere optie is daarom handiger. Wanneer je met een laser vanaf de aarde op een ultralicht zonnezeil gemaakt van grafeen schiet, kun je dat schip binnen een paar minuten al versnellen tot twintig procent van de lichtsnelheid. Dat betekent dat een interstellaire sonde het Alpha-Centauri-systeem, en de daarin aanwezige aarde-achtige exoplaneet Proxima b, al 20 jaar na de lancering kan bereiken.

Vorig jaar maakte miljardair Yuri Millner nog 100 miljoen dollar vrij om een project van de grond te krijgen dat kleine satellietjes naar het systeem te sturen en de eventuele bewoners van dichtbij te bekijken.

Leestip: Meer lezen over speculaties ?Lees dan Robots, aliens en popcorn. Bestel in onze webshop.
LEESTIP Meer weten over verre ruimtereizen? Lees dan Robots, aliens en popcorn door New Scientist-redacteur George van Hal (€24,99). Bestel in onze webshop.

Genieten van het uitzicht

Helaas zal een ruimteschip op een dergelijke snelheid binnen een paar uur voorbij het stersysteem schieten. ‘Dat is nauwelijks voldoende om van het uitzicht te genieten, laat staan om serieuze wetenschap over de bewoonbaarheid van een planeet te doen’, zegt Heller.

Om af te remmen, zou het ruimteschip brandstof en een remraket kunnen meenemen. En je zou het zonnezeil ook nog met lasertechnologie in z’n achteruit kunnen zetten. Maar dergelijke opties wegen wel veel, en zouden ook nog eens onderweg stuk kunnen gaan.

Daarom stellen Hippke en Heller nu een andere optie voor, waarbij ze de zwaartekracht van de sterren waar ze langs vliegen combineren met de stralingsdruk van de fotonen die ze uitzenden. Op die manier kunnen zij het ruimteschip in een stabiele baan rond een van de sterren krijgen. Stralingsdruk kan vervolgens gebruikt worden om het schip naar een baan rond Proxima b te tillen, die draait in de leefbare zone om de ster Proxima Centauri.

Gewicht beperken

Dat idee is volgens Avi Loeb van Harvard University ‘wetenschappelijk mogelijk en heel interessant’. Zijn grootste zorg is praktisch. ‘Je moet onthouden dat een zonnezeil wel elektronica nodig heeft, en die elektronica weegt ook wat’, zegt hij.

Om het gewicht tot een minimum te beperken, mag het zeil maar een paar atomen dik zijn. Dat betekent dat het verschillende ordegroottes dunner is dan de golflengtes van het licht dat het wil weerkaatsen. Daardoor zou het zonnezeil niet heel weerspiegelend zijn – een probleem, omdat het zeilschip zijn vaart juist krijgt vanwege het weerkaatsen van de fotonen die erop vallen. ‘Het lijkt niet mogelijk om het gewicht te beperken en toch een stevig en weerspiegelend zeil te maken’, zegt Loeb.

Hippke geeft toe dat dat een probleem is, maar hij ziet wel oplossingen. Een laagje siliconen van een atoom dik zou de spiegelkracht van het zonnezeil volgens hem enorm vergroten, en juist dat soort typen materialen worden op dit moment door ingenieurs ontwikkeld.

Lees verder:

5 Reacties

  • Saskia Bosman

    | Beantwoorden

    Weleens gedacht aan afremmen op de zonnewind van Proxima Centauri?

  • Steven

    | Beantwoorden

    ‘…kun je dat schip binnen een paar minuten al versnellen tot twintig procent van de lichtsnelheid’.
    Neem voor die paar minuten 10 minuten. Dat geeft een versnelling van 100000 m/s^2 of 10000 g. Daar moet het ‘schip’ (hoe groot, welke massa?) zowel als het zeil wel tegen kunnen – wat de constructie zwaar maakt. Is het sowieso mogelijk zo’n licht 😉 zeil als beschreven te maken dat die versnelling aankan en de kracht op het schip kan overbrengen?

    Aan het eind van die 10 minuten heeft het schip 18 miljoen km afgelegd, één lichtminuut, ca 1/8 van onze afstand tot de zon. Is de laserbundel op die afstand nog wel op het schip gericht te houden?

    Als je de tijd (die 10 minuten) langer maakt wordt de versnelling kleiner, maar is het schip weer verder weg als het de eindsnelheid bereikt heeft.

    De bundel moet ongeveer zo breed zijn als het zeil. Als de bundel uitwaaiert straalt die op grote afstand voornamelijk naast het zeil, of, op kleine afstand maar op een klein deel van het zeil. In het eerste geval ga je erg inefficiënt met je energie om, in het tweede geval concentreer je alle kracht op een klein deel van het zeil, waardoor de kans op scheuren veel groter wordt.

    Het zeil moet vrijwel volledig reflecteren, mag desnoods iets doorlaten, maar mag nagenoeg niets absorberen. En ‘nagenoeg’ is nog héél zwak uitgedrukt. Met het noodzakelijke vermogen in de laserbundel zou het zeil anders onmiddellijk verdampen.

    En die massa – het is leuk om zo’n ding weg te sturen en uit te zwaaien, maar als je er daarna niets meer van hoort… Er zal dus een zender met een behoorlijk vermogen en een antenne van voldoende afmetingen mee moeten om informatie terug te sturen, over een afstand die 2000 maal zo groot is als die tot de Voyager 1 nu, op dit moment het verste ‘man-made’ voorwerp.

    Het is natuurlijk leuk om over dit soort zaken te speculeren, maar ik betwijfel sterk of dit ooit realiteit wordt.

    • Theo Prinse

      | Beantwoorden

      Mijn voorstel is om het laserzeilschip te remmen met een magnetisch zeil waarmee ook versneld kan worden tot 1 miljoen km/uur en waarmee gestuurd kan worden.
      2. Het beste zou een systeem van duizend steeds kleinere laserparken in de ruimte tot aan de Oortwolk geplaatst worden om zo bemande ruimteschepen tot 100 ton met 20 % van de lichtsnelheid naar de sterren te laten reizen.
      3. Een andere manier om 2 miljoen kilometer per uur te reizen is een gravity assist afgeleid uit het onderstaande.
      Hoe kan men (radioactief) materiaal op de Zon krijgen

      Hiervoor moet de raket richting de Zon gelanceerd en dan op een gegeven moment afgeremd en tot ‘stilstand’ gebracht worden

      Maar de aantrekkingskracht (ontsnappingssnelheid) van de Zon is 600 km per seconde (2.160.000 km/uur) – en zelfs 1 km of 1 meter per uur voortbeweging wordt door de 600 km/sec geextrapoleerd tot wederom een baan ROND en niet op de Zon.

      Ook een afremming tot 1 meter per uur achteruitbeweging doet hetzelfde.

      Er is dus gedurende weken / maanden een extreme balancering van een absolute nul stilstand nodig waarbij een extreem nauwkeurige GPS en een atoomklok tijdmeting nodig is om de vrije val naar en op het oppervlak van de Zon met een minimum aan tegensturing met raketmotoren mogelijk te maken.

      • Theo Prinse

        | Beantwoorden

        weken / maanden – moet zijn: 133 uur

        • Steven

          | Beantwoorden

          Hierbij een paar vragen en opmerkingen over uw reactie.
          1. Waarom zou het zeil magnetisch moeten zijn? Daarover vind ik niets terug in de rest van het verhaal. Gaat dat over het lanceren vanaf ‘hier’ of over het afremmen in de nabijheid van het reisdoel?
          2. 1 miljoen km/uur, of 2 miljoen km/uur, komt nog niet in de buurt van 20% van c, dat is 216 miljoen km/uur
          3. Misschien is het verstandig met wat meer bescheiden ruimtescheepjes te beginnen. Een schip van 100 ton op 20% van de lichtsnelheid brengen vergt een energie gelijk aan ongeveer 1000 keer het totale jaarlijkse elektriciteitsgebruik in Nederland.
          4. Het stukje vanaf “Maar de aantrekkingskracht (ontsnappingssnelheid)…” begrijp ik niet. Is het de bedoeling een raket in de zon te krijgen, of om dat juist te voorkomen? Een raket in een baan om de zon krijgen is niet bijzonder moeilijk. En wat is het doel van radioactief materiaal op/bij de zon, en wat is het verband met het laserzeilschip?
          5. GPS werkt alleen op aarde. Die raket heeft daar niets aan.
          6. Wat duurt er nu 133 uur?

Plaats een reactie