Eine ganz neue Art von Raumsonden für die Planetenerkundung haben sich schottische ingenieure ausgedacht: Winzige, ihre Form verändernde Instrumente, die wie Staubkörnchen mit dem Wind getragen werden, dabei aber intelligent genug sind, um miteinander zu kommunizieren, in Formation zu fliegen und wissenschaftliche Messungen durchzuführen.
Smart Dust – „intelligenter Staub“ – heißt die Vision von den winzig kleinen Rechnern, die man mit bloßem Auge kaum noch erkennen kann. Sie bestehen im Prinzip nur aus einem Computerchip von rund einem Millimeter Größe und einigen ebenfalls miniaturisierten Sensoren. Forscher der Universität von Glasgow unter Leitung von Professor John Barker haben jetzt ein Konzept entwickelt, wie diese Mini-Rechner auch für den Einsatz als „Späher“ in der Atmosphäre fremder Planeten genutzt werden könnten.
Mini-Chip und Polymerhülle
Um ihren Flug besser steuern zu können, bekommen die Smart-Dust Partikel dabei eine spezielle Hülle aus Polymeren, die unter Stromeinwirkung ihre Form verändern. Je nach Spannung glättet sich die Oberfläche der „Nano-Nauts“ oder wirft Falten. Dadurch verändert sich der Luftwiderstand und damit auch die Flugeigenschaften. In Simulationen haben die Wissenschaftler bereits nachgewiesen, dass die Smart Dust-Partikel auf diese Weise tatsächlich auf ein Ziel zufliegen können, selbst in stärkeren Luftturbulenzen.
“Das Konzept, Smart Dust Schwärme für die Planetenerkundung einzusetzen ist seit einiger Zeit im Gespräch, aber das ist das erste Mal, das jemand sich angeschaut hat, wie das tatseächlich realisiert werden könnte“, erklärt Barker. „Computerchips in der Größe und Leistung, wie wir sie für Smart Dust Partikel brauchen gibt es inzwischen und wir testen zurzeit eine Reihe von Polymeren, um eines zu finden, dass unseren Ansprüchen in Bezug auf die hohe Verformbarkeit durch minimale Spannung gerecht wird.“
Formationsflug zum Senden
Die winzigen Partikel sollen die Wireless-Technologie nutzen, um mit einander zu kommunizieren und Schwärme bilden zu können. „Wir stellen uns vor, dass die Partikel jeweils nur mit ihren nächsten Nachbarn reden und nur einige über längere Distanzen funken“, erklärte Barker auf der zurzeit stattfindenden Jahresversammlung der britischen Royal Astronomical Society. „In unseren Simulationen haben wir bereits gezeigt, dass ein Schwarm aus 50 Smart Dust Partikeln sich selbstständig in eine Sternformation begeben kann, selbst in turbulenten Winden. Die Fähigkeit in Formation zu fliegen bedeut auch, dass die Geräte einen Sender bilden können und so Informationen kollektiv zurück an einen größeren begleitenden Orbiter senden könnten.“
Um für die Planetenerkundung eingesetzt zu werden, müssen die Smart Dust Sonden zudem Sensoren tragen. Allerdings sind die heute gängigen chemischen Messinstrumente noch zu groß für die nur sandkorngroßen Sonden. In der dünnen Marsatmosphäre beispielsweise würden sie damit nicht in der Schwebe bleiben. Anders könnte es aber in der wesentlich dichteren Atmosphäre der Venus aussehen, die nach Schätzungen der Forscher noch Partikel bis zu einigen Zentimetern Größe tragen könnte.
Anwendung auch für extrasolare Planeten
“Wissenschaftliche Studien könnten theoretisch schon mit der existierenden Technologie auf der Venus durchgeführt werden“, so Barker. „ Aber die Miniaturisierung schreitet schnell voran. Bis 2020 sollten wir Chips mit nur wenigen Nanometer großen Komponenten haben. Und das bedeutet, dass unsere Smart Dust Partikel sich mehr wie Makromoleküle verhalten als wie Staubkörner.“
Das Glasgower Wissenchaftlerteam schätzt, dass es noch einige Jahre dauern wird, bis der Smart Dust zum Start ins All bereit ist. „Wir sind noch in einem frphen Stadium und arbeitnew an Simluationen und Einzelkomponenten. Es gibt noch eine Menge Hürden zu überiwnden bis wir unsere Designs physikalisch testen können“, so Barker. „Aber das Potenzial des Smart Dust für Weltraumanwendungen ist faszinierend. Unsere ersten Naherkundungen von extrasolaren Planeten könnten beispielsweise von einem Smart Dust Schwarm kommen, der mithilfe des Ionenantriebs in das fremde Planetensystem transportiert worden ist.“
(Royal Astronomical Society (RAS), 18.04.2007 – NPO)
