Sonnensegel aus Aerographit – Photonendruck-Schubmessungen von Raumsonden aus ultraleichten Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Tajmar
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564795057

In diesem Projekt soll das Hochleistungsmaterial Aerographit für den Einsatz als passives Sonnensegel detailliert erforscht werden. Aerographit besitzt durch seine einzigartigen Eigenschaften hinsichtlich Licht-Materie-Interaktion das Potential derzeitige Sonnensegel-Technologien bei weitem zu übertreffen. Auf Grundlage vorangegangener Experimente sollen diese und weitere Eigenschaften experimentell untersucht und umfänglich verstanden werden. Das Material wird dabei extremen Bedingungen unter weltraumähnlicher Umgebung mit Laser-/ und Lichtquellen im Sonnenspektrum ausgesetzt und die entstehende Schubkraft gemessen. Im Projekt werden zunächst die geeignete Testumgebung geschaffen und Anpassungen an der verwendeten Schubmesswaage vorgenommen. In einer großen Vakuumkammer wird dazu eine ultrapräzise Schubmesswaage zur Detektion von sub-Nanonewton Schubkräften eingesetzt. Über Laser- und Lichtquellen wird anschließend ein definierter Photonendruck auf das Aerographit auf der Waage ausgeübt um dessen Impuls-Reaktion zu charakterisieren. Zum Vergleich werden die erzeugten Photonen zuvor in einer Strahlenfalle eingefangen um den gesamten Impuls ohne Reflektionen auf die Waage zu übertragen. Auf diese Weise sollen eine Vielzahl von Probengeometrien mit variierenden Materialparametern und /-Geometrien wie etwa kugelförmige oder planare Proben mit Dichtegradienten getestet werden um das Potential von Aerographit aufzuzeigen. Vorangegangene Experimente weisen auf eine weitere Eigenschaft des Materials hin, die von großem Vorteil für ein Sonnensegel wäre – man kann durch gezieltes erhitzen die im Material gespeicherten Restgase freilassen und damit eine zusätzliche Schubkraft erzeugen. Hierzu sollen das Aerographit auf der Schubmesswaage mithilfe von Heizern auf hohe Temperaturen gebracht werden um diesen Effekt zu bewerten. Unter Einbeziehung aller Resultate soll letztendlich das optimale Sonnensegel erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Bodo Fiedler