Bemühungen, Sonnenenergie aus dem Weltraum zur Erde zu übertragen

Forscher führen Experimente durch, um im Weltraum Solarenergie zu erzeugen und drahtlos zur Erde zu übertragen.

Simulation des in Großbritannien entwickelten Solarstromsatelliten CASSIOPeiA. Foto: Space Solar

Ali Hajimiri, Professor für Elektrotechnik am California Institute of Technology (Caltech), erforscht laut CNN seit einem Jahrzehnt Möglichkeiten, Solarzellen ins All zu schicken und Energie zur Erde zu übertragen. In diesem Jahr haben Hajimiri und seine Kollegen einen weiteren Schritt in Richtung der Verwirklichung der weltraumgestützten Solarstromerzeugung gemacht. Im Januar 2023 brachten sie Maple auf den Markt, einen 30 Zentimeter langen Prototyp, der mit einem flexiblen, ultraleichten Sender ausgestattet ist. Ihr Ziel ist es, Energie von der Sonne zu sammeln und drahtlos in den Weltraum zu übertragen. Die vom Forschungsteam gesammelte Strommenge reichte aus, um zwei LED-Glühbirnen zum Leuchten zu bringen.

Das übergeordnete Ziel der Forscher besteht jedoch darin, herauszufinden, ob Maple Energie zurück zur Erde übertragen kann. Im Mai 2023 beschloss das Team, ein Experiment durchzuführen, um herauszufinden, was passieren würde. Auf einem Dach des Caltech-Campus in Pasadena, Kalifornien, konnten Hajimiri und mehrere andere Wissenschaftler Maples Signal empfangen. Die von ihnen gemessene Energie war zu gering, um von Nutzen zu sein, aber es gelang ihnen, Elektrizität drahtlos aus dem Weltraum zu übertragen.

Die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum ist keine sehr komplizierte Idee. Der Mensch kann die enorme Energie der Sonne im Weltraum nutzen. Dabei handelt es sich um eine ständig verfügbare Stromquelle, die unabhängig von schlechtem Wetter, Bewölkung, Nacht- oder Jahreszeit ist. Es gibt verschiedene Ideen, wie man das machen kann, aber die Methode funktioniert folgendermaßen. Solarbetriebene Satelliten mit einem Durchmesser von mehr als 1,6 km werden in hochgelegene Umlaufbahnen gebracht. Aufgrund der enormen Größe der Strukturen bestehen sie aus Hunderttausenden kleinerer, in Massenproduktion hergestellter Module, die wie Legosteine ​​im Weltraum von automatisierten Robotermaschinen zusammengesetzt werden.

Die Solarmodule des Satelliten sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Mikrowellen um und übertragen sie drahtlos über einen sehr großen Signalsender zur Erde, der mit hoher Genauigkeit an einen bestimmten Ort auf der Erde gesendet werden kann. Mikrowellen können problemlos Wolken und schlechtes Wetter durchdringen und die Empfangsantenne auf der Erde erreichen. Anschließend werden die Mikrowellen wieder in Strom umgewandelt und ins Netz eingespeist.

Die Empfangsantenne hat einen Durchmesser von etwa 6 km und kann an Land oder vor der Küste errichtet werden. Da diese gitterartigen Strukturen nahezu durchsichtig sind, kann das darunterliegende Land für Solarmodule, landwirtschaftliche Betriebe oder andere Zwecke genutzt werden. Ein Solarstromsatellit im Weltraum könnte zwei Gigawatt Strom liefern, was der Leistung von zwei mittelgroßen Kernkraftwerken in den USA entspricht.

Ein großes Hindernis für diese Technologie sind die hohen Kosten für die Platzierung von Kraftwerken in der Umlaufbahn. Im letzten Jahrzehnt begann sich dies zu ändern, da Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin mit der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen begannen. Die Startkosten liegen heute bei etwa 1.500 US-Dollar pro Kilogramm, also etwa 30-mal weniger als während der Space-Shuttle-Ära Anfang der 1980er Jahre.

Die Befürworter dieser Idee argumentieren, dass die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum eine Energiequelle für Industrieländer darstellen könnte, die einen enormen Energiebedarf haben, denen es jedoch an Infrastruktur mangelt. Diese Energiequelle könnte auch viele abgelegene Städte und Dörfer in der Arktis versorgen, die jedes Jahr monatelang in völlige Dunkelheit gehüllt sind, und Gemeinden unterstützen, die aufgrund von Naturkatastrophen oder Konflikten ohne Strom sind.

Zwar ist es noch ein weiter Weg zwischen Konzept und Kommerzialisierung, doch Regierungen und Unternehmen auf der ganzen Welt sind davon überzeugt, dass die Weltraum-Solarenergie den wachsenden Bedarf an sauberer Elektrizität decken und zur Bewältigung der Klimakrise beitragen kann. In den USA plant das Air Force Research Laboratory im Jahr 2025 den Start eines kleinen Testfahrzeugs namens Arachne. Das US Naval Research Laboratory hat im Mai 2020 ein Modul auf einem Orbitaltestfahrzeug gestartet, um Hardware zur Solarstromerzeugung unter Weltraumbedingungen zu testen. Die China Academy of Space Technology beabsichtigt, im Jahr 2028 einen mit Solarbatterien betriebenen Satelliten in eine niedrige und im Jahr 2030 in eine hohe Umlaufbahn zu bringen.

Die britische Regierung hat eine unabhängige Studie durchgeführt und ist zu dem Schluss gekommen, dass die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum mit Konstruktionen wie CASSIOPeiA, einem 1,7 Kilometer langen Satelliten, der 2 Gigawatt Strom liefern kann, technisch machbar ist. Die Europäische Union hat außerdem das Solaris-Programm entwickelt, um die technische Machbarkeit von Solarenergie im Weltraum zu ermitteln.

In Kalifornien haben Hajimiri und seine Kollegen die letzten sechs Monate damit verbracht, Prototypen Belastungstests zu unterziehen, um Daten für die Designs der nächsten Generation zu sammeln. Hajimiris ultimatives Ziel ist eine Reihe flexibler, leichter Segel, die transportiert, gestartet und im Weltraum entfaltet werden können. Dabei müssen Milliarden von Teilen perfekt synchron arbeiten, um Energie dorthin zu liefern, wo sie benötigt wird.

An Khang (laut CNN )

Quellenlink: https://vnexpress.net/thu-nghiem-truyen-dien-mat-troi-tu-vu-tru-ve-trai-dat-4694273.html