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 in den Weltraum zu schicken und Energie zur Erde zu übertragen. In diesem Jahr haben Hajimiri und seine Kollegen einen weiteren Schritt in Richtung der weltraumgestützten Erzeugung von Solarstrom unternommen. 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 zur Erde zurück 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 allzu 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, Nachtzeit oder Jahreszeit ist. Hierfür gibt es unterschiedliche Ideen, aber die Methode funktioniert so: Solarbetriebene Satelliten mit einem Durchmesser von über 1,6 km sollen in hochgelegene Umlaufbahnen gebracht werden. 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 sie mit hoher Genauigkeit an einen bestimmten Ort auf der Erde senden 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 transparent sind, kann das Land darunter für Solarmodule, Landwirtschaft oder andere Zwecke genutzt werden. Ein Solarsatellit im Weltraum könnte zwei Gigawatt Strom erzeugen, das entspricht der Leistung von zwei mittelgroßen Kernkraftwerken in den USA.

Ein großes Hindernis für diese Technologie sind die hohen Kosten für die Platzierung der Kraftwerke in der Umlaufbahn. Dies hat sich im letzten Jahrzehnt geändert, als Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin mit der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen begannen. Die Startkosten betragen heute etwa 1.500 US-Dollar/kg und sind damit etwa 30-mal niedriger als während der Space-Shuttle-Ära Anfang der 1980er Jahre.

Die Befürworter dieser Idee argumentieren, dass die weltraumgestützte Erzeugung von Solarenergie eine Energiequelle für Industrieländer darstellen könnte, die zwar einen enormen Energiebedarf haben, denen es aber an der entsprechenden Infrastruktur mangelt. Diese Energiequelle könnte auch viele entlegene Städte und Dörfer in der Arktis versorgen, die jedes Jahr monatelang in völlige Dunkelheit getaucht 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 weltweit sind davon überzeugt, dass die Nutzung von Solarenergie aus dem Weltraum 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 ein kleines Testfahrzeug namens Arachne zu starten. Das US Naval Research Laboratory hat im Mai 2020 ein Modul an Bord eines Orbitaltestfahrzeugs gestartet, um die Hardware zur Solarstromerzeugung unter Weltraumbedingungen zu testen. Die China Academy of Space Technology beabsichtigt, im Jahr 2028 einen Solarbatteriesatelliten in eine niedrige Umlaufbahn 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 km großen Satelliten, der zwei Gigawatt Leistung liefern kann, technisch machbar ist. Die Europäische Union hat außerdem das Solaris-Programm entwickelt, um die technische Machbarkeit der Nutzung 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 im Weltraum transportiert, gestartet und entfaltet werden können. Dabei bestehen sie aus Milliarden perfekt synchron arbeitender Teile, die Energie dorthin 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