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Weltraum-Solar: US-Luftwaffe nimmt Solarmodul bei X-37B-Flug mit ins Orbit

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Ziel ist es, den Proof-of-Concept für weltraumgestützte Solarenergie zu erbringen.

Es soll eine Art Proof-of-Concept in ganz kleinem Maßstab werden: Die US-Luftwaffe hat ihr geheimnisvolles Weltraumflugzeug X-37B auf eine neue Langzeitmission in die Erdumlaufbahn geschickt. Neben militärischem Gerät mit an Bord der Drohne: Ein vom Naval Research Lab entwickeltes Solarmodul ist mit an Bord. Erstmals sollen so Kerntechnologien hinter der Mikrowellen-Solarenergie in der Umlaufbahn getestet werden.

Es ist die insgesamt sechste Mission, die die High-Tech-Drohne X-37B absolviert. Bei der Drohne handelt es sich um eine kleinere Variante einer bemannten Raumfähre, die bis 2011 im Einsatz war.

Die Idee von Weltraum-Solar wurde in den 1940er Jahren von dem Science-Fiction-Autor Isaac Asimov ausgeheckt; seither wurden auf der Erde mehrfach erfolgreich Strahlungsenergie-Experimente getestet. Aber das nun gestartete Experiment der X-37B wird das Erste sein, dass die Kerntechnologien hinter der Mikrowellen-Solarenergie in der Umlaufbahn getestet werden.

Bei der weltraumgestützten Solarenergie (Weltraum-Solar) geht es darum, Sonnenenergie unabhängig von Wetter und Tageszeit zur Erde „zu beamen“. Die Grundidee ist, die Energie der Sonne in Mikrowellen umzuwandeln und sie nach unten zu strahlen. Im Gegensatz zu terrestrischen Solarmodulen könnten Satelliten die Erde so quasi rund um die Uhr mit Energie versorgen – denn dunkel wird es auf hohen Umlaufbahnen nur wenige Minuten am Tag.

Das Solarmodul, das mit an Bord der Drohe ist, ist vom Naval Research Lab (Marineforschungslabor) entwickelt worden. Damit soll nun das erste Orbital-Experiment mit weltraumgestützer Solarenergie durchgeführt werden. „Das ist ein großer Schritt nach vorn“, sagt Paul Jaffe, ein Elektronikingenieur in dem Labor und leitender Forscher des Weltraum-Solar-Projekts. „Dies ist das erste Mal, dass eine Komponente, die auf ein solarbetriebenes Satellitensystem ausgerichtet ist, im Orbit getestet wird.“

Jaffe gilt als einer der Pioniere der weltraumgestützten Solarenergie. Schon 2014 stellte er einen Prototyp eines Sandwich-Solarmoduls vor. Eines der größten Probleme des Konzepts besteht darin, dass die Solarmodule im Orbit massiv sein müssen, um genügend Sonnenlicht zu sammeln, das für Anwendungen auf der Erde nützlich ist. Selbst wenn diese Strukturen prinzipiell gebaut werden könnten, wäre ihr Start unglaublich teuer und schwierig.

Mit der Bauform des Sandwich-Moduls sollte die Masse reduziert und das System modularisiert werden. So kann es im Orbit zusammengebaut werden. „Das Sandwich-Modul ist eine Möglichkeit, die Masse zu reduzieren und das System so zu modularisieren, dass es im Orbit zusammengebaut werden kann. Doch bevor Roboter damit beginnen, riesige Solarparks im Weltraum zu bauen, musste noch eine Reihe grundlegender Probleme mit den Modulen selbst gelöst werden.

Dazu zählte beispielsweise das Thermomanagement, da ein solches Solarmodul durchaus 300 Grad Fahrenheit erreichen kann, wenn es der Sonne zugewandt ist. Gleichzeitig muss die Elektronik auf der abgewandten Seite mit viel tieferen Temperaturen auskommen. Beide Seiten sind nur wenige Zentimeter entfernt voneinander. Die Lösung: Durch den Austausch von Material wurde es möglich, Solarpanel und Elektrik voneinander zu isolieren. Beim Proof-of-Concept muss sich nun herausstellen, ob die Arbeit erfolgreich war.

Wenn alles gut geht, so Jaffe, wäre der nächste Schritt die Entwicklung eines experimentellen Weltraum-Solarenergiesatelliten und die tatsächliche Übertragung von Energie aus der Umlaufbahn zur Erde. Er räumte ein, dass dazu das Verteidigungsministerium davon überzeugt werden müsse, dass die Zeit und das Geld die Mühe wert seien. Aber das Militär ist eindeutig an der Technologie interessiert. Im vergangenen Oktober kündigte das Forschungslabor der Luftwaffe ein 100-Millionen-Dollar-Programm zur Entwicklung von Hardware für einen Solarstromsatelliten an.

Mikrowellen sollen Energie zur Erde beamen

Eine weitere technologische Herausforderung der Weltraum-Solarenergie ist es, die Energie in Mikrowellenstrahlen zu bündeln und zur Erde zu schicken. Nach Ansicht von Ian Cash, vom Unternehmen International Electric Company Limited aus Grossbritannien, dass sich genau mit solchen Fragen beschäftigt, versteht die Wissenschaft die „Mikrowellenleistungsstrahlen“ vollständig. Die Herausforderung besteht nun aber in der Skalierung bekannter Technologie auf in der Umlaufbahn noch nie dagewesenen Größe.

Weltraumsolarplattform CASSIOPeiA

Das Space-Tech-Unternehmen International Electric Company Limited entwickelt eine Weltraumsolarplattform namens CASSIOPeiA. Diese Station soll eines Tages die terrestrische Stromübertragung für stationäre und mobile Geräte ermöglichen – auch für das nternet der Dinge oder beispielsweise Wearables. Das Unternehmen bezeichnet die Lösung als Power-Beaming. Auch eine punktgenaue Energie+übertragung an sonst unzugängliche Orte soll möglich werden.

Weitere Technologie von International Electric Company Limited

Das gesamte NRL-Experiment könnte in einen Pizzakarton passen und wird nicht genug Energie erzeugen, um eine Glühbirne zu betreiben. Laut Jaffe ist das Experiment jedoch ein entscheidender Schritt hin zu einem frei fliegenden, weltraumgestützten Energiesatelliten. „Es gab viel Arbeit mit Studien und Analysen und viel weniger Arbeit mit dem eigentlichen Prototyping“, sagt Jaffe. „Dies ist nicht unbedingt die raffinierteste Version dessen, was erreicht werden könnte, aber das Hauptziel war es, mit einem Proof of Concept in den Weltraum zu kommen.“

China will Weltraum-Solar bis 2035

Weltraumgestützte Solarenergie sorgt als Möglichkeit inbesondere bei den Ländern für Interesse, die entweder einen gigantischen Energiehunger haben (wie China) oder wenig Platz haben, um die Energieversorgung auf erneuerbare Energien umzustellen (Japan). In China sind die Planungen sogar nicht unkonkret: Bis 2035 sollen entsprechende Weltraum-Solar-Projekte zum Erfolg führen. Bis dahin will das Land ein 200-Tonnen-Megawatt-Solarkraftwerk weltraumgestützt errichten.

Dies gab die Chinesische Akademie für Weltraumwissenschaften („China Academy of Space Technology“ CAST) Ende 2019 bekannt. Bei dem Projekt wird die Energie in Mikrowellen oder Laser umgewandelt. Daraufhin wird sie drahtlos zurück zur Erdoberfläche übertragen, um sie für den menschlichen Konsum zu nutzen.

Verglichen mit der traditionellen Energie aus fossilen Brennstoffen, die zunehmend erschöpft ist und für schwerwiegende Umweltprobleme verantwortlich ist, wäre die weltraumgestützte Solarenergie effizienter und nachhaltiger. Sie stellt eine zuverlässige Stromversorgungslösung für Satelliten und Katastrophengebiete oder abgelegene Gebiete auf der Erde bereit, sind chinesische Wissenschaftler überzeugt.

Das Konzept, die Energie der Sonne im Weltraum einzusammeln, wurde vom Science Fiction Schriftsteller Isaac Asimov im Jahr 1941 bekannt gemacht. Im Jahr 1968 schrieb Peter Glaser, ein amerikanischer Ingenieur für Luft- und Raumfahrt, einen formellen Vorschlag für ein solargestütztes System im Weltraum.

China hat verschiedene Sammellösungen für Sonnenlicht vorgeschlagen und hat eine Reihe an größeren Durchbrüchen bei der drahtlosen Energieübertragung erzielt, seitdem das Land die weltraumgestützte Solarenergie im Jahr 2008 als Schlüsselforschungsprogramm aufgelistet hat. Allerdings ist der Ehrgeiz seit langem eine Herausforderung für die gegenwärtige Technologie, denn sie beinhaltet den Start und die Installation von zahlreichen Solarmodulen und die effiziente, drahtlose Übertragung einer großen Energiemenge.

Mit einem Investment von 200 28,4 Millionen US Dollar baut China eine Test-Basis in Bishan in der südwestchinesischen Metropole Chongqing auf. Dort soll die Forschung an der drahtlosen Hochleistungs-Energieübertragung und an den Einflüssen auf die Umwelt vorangetrieben werden. Die Forschungen auf diesem Feld werden die Innovationen des Landes bei der Weltraumwissenschaft und in den sich entwickelnden Industriezweigen wie dem kommerziellen Weltraumtransport vorantreiben. 

Kommt die weltraumgestützte Solarenergie?

Klar ist: Die Menschheit wird alles dafür tun, auch direkt Energie aus dem Weltraum zu nutzen. Die Perspektive ist verlockend. Ob der Zeithorizont der Chinesen bis 2035 realistisch ist, wird die Zukunft szeigen. Wichtig ist, dass es kein Alibi sein darf, den Ausbau der Erneuerbaren Energien NICHT fortzusetzen. Cleanthinking.de wird dranbleiben und über News rund um Weltraum-Solar informieren.

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1 Kommentar
  1. […]  >>> Lesen Sie hier den Originaltext! <<< […]

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