Bemühungen, Solarenergie 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 britischen Solarstromsatelliten CASSIOPeiA. Foto: Space Solar

Ali Hajimiri, Professor für Elektrotechnik am California Institute of Technology (Caltech), erforscht laut CNN seit zehn Jahren Möglichkeiten, Solarzellen ins All zu schießen und die Energie zur Erde zurückzustrahlen. In diesem Jahr haben Hajimiri und seine Kollegen einen weiteren Schritt unternommen, um die Solarstromerzeugung im Weltraum Wirklichkeit werden zu lassen. Im Januar 2023 starteten sie Maple, einen 30 Zentimeter langen Prototypen, der mit einem flexiblen, ultraleichten Sender ausgestattet ist. Ihr Ziel ist es, Energie von der Sonne zu sammeln und drahtlos im Weltraum zu übertragen. Die vom Team gesammelte Strommenge reichte aus, um zwei LED-Lampen zu betreiben.

Das übergeordnete Ziel der Forscher war es jedoch herauszufinden, ob Maple Energie zur Erde zurückstrahlen könnte. 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 nutzbar zu sein, aber es war ihnen gelungen, drahtlos Elektrizität aus dem Weltraum zu übertragen.

Die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum ist keine komplizierte Idee. Der Mensch könnte die enorme Energie der Sonne im Weltraum nutzen. Sie ist eine Stromquelle, die jederzeit verfügbar ist, unabhängig von schlechtem Wetter, Bewölkung, Nacht- oder Jahreszeit. Es gibt viele verschiedene Ideen, aber so funktioniert es: Solarsatelliten mit einem Durchmesser von über einer Meile werden in große Umlaufbahnen gebracht. Aufgrund der enormen Größe der Strukturen bestehen sie aus Hunderttausenden kleinerer, in Massenproduktion hergestellter Module, ähnlich wie Legosteine, die im Weltraum von automatisierten Robotern zusammengesetzt werden.

Die Solarzellen des Satelliten sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Mikrowellen um und senden sie drahtlos über einen sehr großen Signalsender zur Erde, der mit hoher Präzision an einen bestimmten Ort auf der Erde gesendet werden kann. Die Mikrowellen können problemlos Wolken und schlechtes Wetter durchdringen und gelangen zur Empfangsantenne auf der Erde. Anschließend werden die Mikrowellen wieder in Strom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist.

Die Empfangsantennen haben einen Durchmesser von etwa sechs Kilometern und können an Land oder vor der Küste errichtet werden. Da die gitterartige Struktur nahezu transparent ist, kann das darunterliegende Land für Solaranlagen, landwirtschaftliche Betriebe oder andere Zwecke genutzt werden. Ein einziger Solarsatellit im Weltraum könnte zwei Gigawatt Leistung liefern, was der Leistung von zwei mittelgroßen Kernkraftwerken in den USA entspricht.

Das größte Hindernis für diese Technologie waren die hohen Kosten für die Bereitstellung von Kraftwerken in der Umlaufbahn. Dies änderte sich jedoch im letzten Jahrzehnt, als Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin mit der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen begannen. Die Startkosten liegen heute bei rund 1.500 Dollar pro Kilogramm – etwa 30-mal niedriger als während der Space-Shuttle-Ära Anfang der 1980er Jahre.

Befürworter dieser Idee sagen, dass weltraumgestützte Solarenergie Industrieländer mit hohem Energiebedarf, aber fehlender Infrastruktur mit Energie versorgen könnte. Sie könnte auch die vielen abgelegenen Städte und Dörfer in der Arktis versorgen, die jedes Jahr monatelang im Dunkeln liegen, und Gemeinden helfen, die aufgrund von Naturkatastrophen oder Konflikten ohne Strom sind.

Obwohl zwischen Konzept und Kommerzialisierung noch ein weiter Weg liegt, sind Regierungen und Unternehmen weltweit davon überzeugt, dass 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 den Start eines kleinen Versuchsfahrzeugs namens Arachne. Das US Naval Research Laboratory hat im Mai 2020 ein Modul auf einem Orbitaltestfahrzeug gestartet, um die Hardware zur Solarstromerzeugung unter Weltraumbedingungen zu testen. Die China Academy of Space Technology plant, 2028 einen Solarbatteriesatelliten in eine niedrige und 2030 in eine hohe Umlaufbahn zu bringen.

Die britische Regierung hat eine unabhängige Studie durchgeführt und kam zu dem Schluss, dass die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum mit Systemen wie CASSIOPeiA, einem 1,7 Kilometer langen Satelliten mit einer Leistung von zwei Gigawatt, technisch machbar ist. Auch die Europäische Union entwickelt das Solaris-Programm, um die technische Machbarkeit von Solarenergie im Weltraum zu untersuchen.

In Kalifornien haben Hajimiri und sein Team in den vergangenen sechs Monaten Prototypen einem Belastungstest unterzogen, um Daten für die nächste Generation von Designs zu sammeln. Hajimiris ultimatives Ziel ist eine Reihe flexibler, leichter Segel, die transportiert, gestartet und im Weltraum entfaltet werden können. Milliarden von Komponenten arbeiten perfekt zusammen, 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