Bemühungen, Solarenergie aus dem Weltraum zur Erde zu übertragen

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

Simulation des britischen Solarstromsatelliten CASSIOPeiA. Foto: Space Solar — 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 befördern und die Energie zur Erde zurückzustrahlen. In diesem Jahr haben Hajimiri und seine Kollegen einen weiteren Schritt unternommen, um die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum Wirklichkeit werden zu lassen. Im Januar 2023 starteten sie Maple, einen 30 Zentimeter langen Prototypen, ausgestattet mit einem flexiblen, ultraleichten Sender. 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 dies herauszufinden. 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 dafür, aber so funktioniert es: Solarsatelliten mit einem Durchmesser von über einer Meile werden in große Umlaufbahnen gebracht. Aufgrund ihrer enormen Größe bestehen sie aus Hunderttausenden kleinerer, in Massenproduktion gefertigter Module, ähnlich wie Legosteine, die im Weltraum von automatisierten Robotern zusammengesetzt werden.

Die Solarmodule des Satelliten sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Mikrowellen um und übertragen sie drahtlos über einen sehr großen Signalsender zur Erde. Dort kann das Signal mit hoher Präzision an einen bestimmten Ort am Boden gesendet werden. Die Mikrowellen können problemlos Wolken und schlechtes Wetter durchdringen und gelangen zur Empfangsantenne auf der Erde. Dort werden sie wieder in Strom umgewandelt und ins Netz 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 den Start von Kraftwerken in die Umlaufbahn. Dies hat sich im letzten Jahrzehnt geändert, 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 zu Zeiten der Space Shuttles Anfang der 1980er Jahre.

Befürworter dieser Idee sagen, dass weltraumgestützte Solarenergie Industrieländer mit enormem 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 überzeugt, dass Solarenergie aus dem Weltraum den wachsenden Bedarf an sauberem Strom decken und zur Bewältigung der Klimakrise beitragen kann. In den USA plant das Air Force Research Laboratory 2025 den Start eines kleinen Versuchsfahrzeugs namens Arachne. Das US Naval Research Laboratory startete im Mai 2020 ein Modul an Bord eines orbitalen Testfahrzeugs, 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 die letzten sechs Monate damit verbracht, Prototypen einem Belastungstest zu unterziehen, 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 )

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