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 reicht aus, um zwei LED-Lampen zum Leuchten zu bringen.

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

Die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum ist keine komplizierte Idee. Der Mensch kann die enorme Energie der Sonne im Weltraum nutzen. Sie ist eine ständig verfügbare Stromquelle, unabhängig von schlechtem Wetter, Bewölkung, Nacht- oder Jahreszeit. Es gibt viele verschiedene Ideen, aber die Methode funktioniert folgendermaßen: Solarbetriebene Satelliten mit einem Durchmesser von über 1,6 km werden in große Umlaufbahnen gebracht. Aufgrund ihrer enormen Größe bestehen sie aus Hunderttausenden kleinerer, in Massenproduktion hergestellter Module, die wie Legosteine ​​im Weltraum von autonomen Robotern zusammengesetzt werden.

Die Solarzellen des Satelliten sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Mikrowellen um und übertragen sie drahtlos über einen sehr großen Signalsender zur Erde. Die Signale können dort mit hoher Präzision an einen bestimmten Ort auf der Erde gesendet werden. Mikrowellen können problemlos Wolken und schlechtes Wetter durchdringen und gelangen zur Empfangsantenne auf der Erde. Dort 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 Gitterstruktur nahezu transparent ist, kann das darunterliegende Land für Solaranlagen, landwirtschaftliche Betriebe oder andere Aktivitäten genutzt werden. Ein einziger Solarsatellit im Weltraum kann zwei Gigawatt Strom erzeugen, was der Leistung von zwei mittelgroßen Kernkraftwerken in den USA entspricht.

Das größte Hindernis für diese Technologie waren die hohen Kosten für den Start von Kraftwerken in die 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 rund 1.500 Dollar pro Kilogramm – etwa 30-mal weniger als in der Space-Shuttle-Ära der frühen 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 es zwischen Konzept und Kommerzialisierung noch ein weiter Weg ist, 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 orbitalen Testfahrzeug 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 Belastungstests 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