Technik

Lichtsegel und interstellare Reisen: Technologie für 20% Lichtgeschwindigkeit

von Artisan Baumeister · Veröffentlicht 31. März 2025 · Aktualisiert 31. März 2025

Forschende der Brown University und der TU Delft entwickeln Lichtsegel aus Nanomembranen, die durch Sonnenlicht auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigt werden können. Durch den Einsatz künstlicher Intelligenz im Designprozess könnten Reisen zu nahen Sternensystemen erstmals realistisch werden – trotz bestehender Herausforderungen.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Photonen als Antrieb: Das physikalische Prinzip hinter den Lichtsegeln
Vom Labor ins All: Wo Forschung Realität wird
Interstellare Ziele – und irdische Hürden
Fazit

Einleitung

Reisen zu anderen Sternen galten bislang als Science-Fiction – zu langsam, zu teuer, technisch unmöglich. Doch das könnte sich ändern. Forschende der Brown University und der TU Delft entwickeln ultradünne Lichtsegel, die durch Lichtdruck vorangetrieben werden. Ihre Membranen sind nur 200 Nanometer dick und reflektieren Sonnenlicht so effizient, dass sie theoretisch auf bis zu 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnten. Künstliche Intelligenz hilft dabei, das Design dieser Segel auf maximale Effizienz zu trimmen. Projekte wie „Breakthrough Starshot“ setzen große Hoffnung auf diese Technologie, um unser Sonnensystem bald zu verlassen. Doch wie realistisch ist dieser Traum vom interstellaren Flug? Und welche technischen, wissenschaftlichen und praktischen Hürden müssen noch genommen werden? Dieser Artikel gibt einen fundierten Überblick über den aktuellen Stand der Forschung – klar, faktenbasiert und mit Blick in die Zukunft.

Photonen als Antrieb: Das physikalische Prinzip hinter den Lichtsegeln

Ein Lichtsegel nutzt keinen Treibstoff – es wird allein durch Photonen, also Lichtteilchen, angetrieben. Genauer: durch den Lichtdruck, der entsteht, wenn Photonen auf eine reflektierende Oberfläche treffen. Obwohl Photonen keine Masse haben, übertragen sie beim Aufprall einen winzigen Impuls. Bei genügend großer Fläche und extrem geringem Gewicht entsteht daraus Schritt für Schritt ein messbarer Schub – genug, um ein Lichtsegel im Vakuum zu beschleunigen. Im Idealfall auf bis zu 20 % der Lichtgeschwindigkeit.

Damit das funktioniert, braucht es Materialien, die ungewöhnlich leicht und trotzdem stabil sind – genau hier setzen die Teams der Brown University und der TU Delft an. Ihr gemeinsames Ziel: eine neue Generation von Nanomembranen, wenige hundert Nanometer dick, optimiert für den Photonenantrieb.

Konkret arbeiten sie mit Siliziumnitrid, einem Material, das sich durch hohe Stabilität, Hitzebeständigkeit und geringes Gewicht auszeichnet. Typisch für diese Lichtsegel: eine Dicke von lediglich 200 Nanometern, etwa ein Tausendstel eines menschlichen Haares. Um das Gewicht weiter zu reduzieren und zugleich die Reflexion zu verbessern, wird die Membran mit Milliarden mikrofeiner Löcher versehen.

Der entscheidende Clou: Die präzise Lochstruktur wird von Künstlicher Intelligenz entworfen – Algorithmen berechnen die optimale Anordnung, damit das Licht möglichst effizient reflektiert (und nicht absorbiert) wird. Gefertigt wird diese Struktur mithilfe eines gasbasierten Ätzprozesses, der eine industrielle Herstellung innerhalb eines Tages erlaubt.

Die Kombination aus materialwissenschaftlicher Präzision und KI-gestütztem Design verschiebt den Maßstab für Raumfahrttechnologie – und öffnet Türen für interstellare Reisen wie bei „Breakthrough Starshot“.

Vom Labor ins All: Wo Forschung Realität wird

Wer macht’s möglich?

Brown University und die TU Delft sind zwei der forschungsintensivsten Institute, wenn es um neuartige Raumfahrttechnologie geht. Ihre Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten seit mehreren Jahren daran, das Konzept vom Lichtsegel aus der Theorie heraus in einen umsetzbaren Prototyp zu übertragen.

Der eigentliche Forschungsschub begann im Jahr 2020 an der Brown University, als ein interdisziplinäres Team aus Physik, Materialwissenschaft und Nanotechnologie eine ultradünne Nanomembran aus Siliziumnitrid entwickelte – hauchdünn, gerade mal 200 Nanometer dick. Nur mal zum Vergleich: Das ist rund 500-mal dünner als ein menschliches Haar.

Was wurde seither erreicht?

Bis 2022 gelang es dem Team, mithilfe eines gasbasierten Ätzverfahrens eine durchlöcherte Struktur zu erzeugen: Milliarden winziger Öffnungen, strategisch angeordnet, um Lichtreflexion und Gewicht zu optimieren. Die dafür eingesetzten KI-Algorithmen halfen dabei, die ideale Geometrie der Lochmuster zu definieren – ein zentrales Element, um die Mechanik eines funktionierenden Photonenantriebs zu ermöglichen.

Die TU Delft stieg ungefähr zur gleichen Zeit in die Entwicklung ein und konzentrierte sich insbesondere auf mechanische Stabilität und thermische Belastung unter realen Raumverhältnissen – ein essenzieller Faktor auf einer interstellaren Reise.

Warum ist das bedeutsam?

Was bislang am weißen Brett der Physikseminare festklebte, hat heute Material, Struktur und ein klares Ziel – unter anderem im Rahmen von Breakthrough Starshot, einem Projekt, das nahezu Lichtgeschwindigkeit anpeilt. Kurz: Die Theorie ist auf dem Sprung ins All. Der Knackpunkt ist jetzt nicht mehr ob – sondern wann.

Interstellare Ziele – und irdische Hürden

Wenn es um interstellare Reisen geht, rückt ein Projekt besonders in den Fokus: Breakthrough Starshot. Die Initiative will winzige Raumsonden per Photonenantrieb auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Ziele wie Alpha Centauri wären damit rein rechnerisch in wenigen Jahrzehnten erreichbar – statt in Jahrtausenden. Die Voraussetzung: ultraleichte, hochreflektierende Nanomembranen, die den Strahlungsdruck von Laserlicht effizient nutzen.

Doch der Weg dorthin ist technisch wie konzeptionell anspruchsvoll. Zwar liefern Institutionen wie die Brown University und die TU Delft beeindruckende Fortschritte bei Materialwahl und Membrandesign – speziell durch den Einsatz von Siliziumnitrid und der Integration milliardenfacher Mikroöffnungen. Aber ein Ziel im All anzusteuern, bedeutet mehr als nur Geschwindigkeit. Die Membran muss über Jahre hinweg stabil bleiben, präzise navigieren können und nicht zuletzt: ansprechbar bleiben.

Wie Künstliche Intelligenz das Design verändert

Hier kommt Künstliche Intelligenz ins Spiel. KI-Algorithmen werden eingesetzt, um das Design der Lichtsegel bis ins Nanodetail zu optimieren. Konkret: Die Anordnung und Form der winzigen Löcher im Material wird so gewählt, dass Reflexion maximiert und das Gesamtgewicht minimiert wird. Ohne diese rechnergestützte Feinjustierung wären die erforderlichen Effizienzwerte kaum erreichbar.

Warum ein neues Paradigma nötig ist

Raumfahrtnachrichten drehen sich oft um neue Raketen. Doch Lichtsegel stehen für einen echten Paradigmenwechsel: leise, elegant und ohne Treibstoff. Sie repräsentieren eine Raumfahrttechnologie, die nicht auf Masse, sondern auf Licht setzt. Damit könnten sie nicht nur interstellare Reisepläne realistischer machen – sondern auch unsere Vorstellung davon, wie wir das Universum erkunden, grundlegend verändern. Der Preis? Jahrelange Detailarbeit, interdisziplinäre Abstimmungen – und noch manche technische Ungewissheit.

Fazit

Lichtsegel stehen beispielhaft für eine neue Denkweise in der Raumfahrt: Keine riesigen Raketen, sondern clevere Materialien, minimale Masse und radikale Effizienz. Noch ist nicht geklärt, wie lange die ultradünnen Segel den Belastungen des Alls standhalten können, und auch die Steuerung auf interstellarer Strecke ist eine offene Frage. Doch die technologischen Fortschritte der letzten Jahre zeigen eindrucksvoll, wie reale Alternativen zur chemischen Raumfahrt aussehen könnten. Wenn es gelingt, die noch bestehenden Hürden zu überwinden, könnten Lichtsegel erste Sonden zu benachbarten Sternensystemen schicken – nicht in Jahrhunderten, sondern vielleicht schon in Jahrzehnten. Damit eröffnen sie eine neue Ära: die Ära der praktischen interstellaren Raumfahrt.

Was halten Sie von der Idee, mit Lichtsegeln zu den Sternen zu reisen? Diskutieren Sie mit uns in den Kommentaren!