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Ein Caltech-Team feiert die weltweit erste weltraumgestützte drahtlose Energieübertragung und das erste Mal, dass nachweisbare Energiemengen auf die Erde übertragen wurden. Das Space Solar Power Project (SSPP) zielt darauf ab, riesige orbitale saubere Energieressourcen zu erschließen.

Weltraumgestützte Solarenergie könnte viele Probleme mit sauberer Energie auf der Erde lösen; Eine orbitale Solaranlage kann rund um die Uhr Sonnenlicht einfangen – und das auch noch gut, unabhängig von der Atmosphäre oder den Wetterbedingungen. Theoretisch ist das Solarpotenzial im Weltraum pro Quadratmeter achtmal besser als bei einem Solarpanel auf der Erde.

Daher versuchen mehrere Gruppen trotz einiger unglaublich gewaltiger Herausforderungen, die Dinge in Gang zu bringen. Einer davon ist die Größe eines nutzbaren Arrays – wie wir kurz vor dem Start dieses Orbital-Prototyps im Oktober letzten Jahres betonten. Die letztendliche Größe einer kommerziell relevanten Weltraumsolaranlage könnte etwa 3,5 Quadratmeilen (9 Quadratkilometer) betragen, mit ähnlich massiven Empfängeranordnungen unten auf der Erde, um die an die Oberfläche übertragene Energie einzufangen.

Dies könnte bis zu 39 Weltraumstarts erfordern, selbst mit der cleveren, ultraleichten, sich selbst entfaltenden modularen Anordnung, an der das Caltech-Team arbeitet. Dies würde aus einer Reihe von Modulen bestehen, die beim Start jeweils etwa einen Kubikmeter (~35 cu ft) groß wären, sich aber zu riesigen flachen Quadraten mit einer Seitenlänge von etwa 50 Metern (164 ft) entfalten könnten, mit Solarzellen auf einer Seite und drahtloser Stromversorgung Sender auf der anderen Seite.

Natürlich sind Weltraumstarts, wie wir letztes Jahr besprochen haben, als wir über dieses Projekt geschrieben haben, nicht billig, und daher sieht es auch wirtschaftlich schwierig aus, da die Energiekosten (LCoE) voraussichtlich zwischen 1 und 2 US-Dollar pro kWh liegen werden. fast das Sechsfache des Einzelhandelspreises für Strom in den USA.

Nichtsdestotrotz schreitet das Projekt mit Volldampf voran, unterstützt durch Spenden im Wert von mehr als 100 Millionen US-Dollar vom Vorsitzenden der Irvine Company, Donald Bren. Und jetzt wurden die Ergebnisse der ersten Testphase des Orbital-Prototyps bekannt gegeben.

Der 50 kg schwere Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) wurde am 3. Januar dieses Jahres in ein Momentus Vigoride-Raumschiff geladen und von einer SpaceX-Rakete in eine niedrige Umlaufbahn geschickt. Es wurde entwickelt, um drei Systeme zu testen: Das DOLCE-Modul wurde entwickelt, um Design- und Einsatzmechanismen für die leichten, faltbaren Strukturen zu testen, die das SSPP-Team in einer größeren Gruppe verwenden möchte. Es hat noch nicht begonnen, sich zu entfalten. Das ALBA-Modul war dort, um verschiedene Solarzellendesigns zu testen, um herauszufinden, welche im Weltraum am effektivsten sind. Diese Tests laufen noch.

Und das MAPLE-Modul (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) wurde ausschließlich für die frühe Verifizierung der drahtlosen Energiestrahltechnologie entwickelt, die Sonnenenergie aufnimmt und zur Erde zurücksendet, gezielt auf Empfängerstationen auf der Oberfläche ohne bewegliche Teile am Sender.

Ein Teil dieser MAPLE-Testsequenz umfasste eine Kurzstrecken-Power-Beaming-Demonstration, bei der ein Sender-Array Strom an zwei verschiedene Empfänger-Arrays sendete, die nur etwa einen Fuß (ca. 30 cm) von den Sendern entfernt waren. Dies war eine Chance, die Strahllenkungstechnologie des Teams – die ausschließlich Phasenmanipulation und konstruktive/destruktive Interferenz zwischen Wellen nutzt, um die Strahlen präzise zu lenken – in der rauen Temperatur- und Strahlungsumgebung des Weltraums zu validieren. Und tatsächlich konnte das Team an jedem Empfänger nach Belieben kleine LEDs zum Leuchten bringen.

„Nach unserem besten Wissen hat noch nie jemand eine drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstriert, selbst mit teuren starren Strukturen“, sagte Ali Hajimiri, Bren-Professor für Elektrotechnik und Medizintechnik und Co-Direktor des SSPP-Teams. „Wir machen das mit flexiblen Leichtbaustrukturen und mit eigenen integrierten Schaltkreisen. Das ist eine Premiere.“

Die MAPLE-Einheit verfügt außerdem über ein kleines Fenster, durch das das Senderarray Energie direkt auf die Erde strahlen konnte, die auf eine Empfängereinheit auf dem Dach eines technischen Labors am Caltech Pasadena gerichtet war. Und wieder war dieses Experiment erfolgreich; Der Leistungsstrahl wurde an der Bodenstation zur erwarteten Zeit und Frequenz erkannt und mit der korrekten Frequenzverschiebung, die auf der Grundlage der zurückgelegten Entfernung vorhergesagt wurde.

Das war keine sinnvolle Energiemenge, aber es bestätigt die Fähigkeit des Teams, einen Energiestrahl über große Entfernungen präzise anzuvisieren, und bestätigt, dass die beteiligte Ausrüstung die Reise in den Orbit überstehen kann.

„Die flexiblen Stromübertragungsanordnungen sind für das aktuelle Design von Caltechs Vision einer Konstellation segelartiger Solarpaneele, die sich entfalten, sobald sie die Umlaufbahn erreichen, von wesentlicher Bedeutung“, sagte Sergio Pellegrino, Joyce- und Kent Kresa-Professor für Luft- und Raumfahrt und Bauingenieurwesen und Co-Direktor von SSPP.

„So wie das Internet den Zugang zu Informationen demokratisiert hat, hoffen wir, dass die drahtlose Energieübertragung den Zugang zu Energie demokratisiert“, fuhr Hajimiri fort. „Um diesen Strom zu empfangen, ist keine Energieübertragungsinfrastruktur vor Ort erforderlich. Das bedeutet, dass wir Energie in abgelegene Regionen und Gebiete senden können, die durch Krieg oder Naturkatastrophen zerstört wurden.“

Die Technologie für eine weltraumgestützte Solaranlage entwickelt sich also absolut gut. Wie bereits erwähnt, sieht die Wirtschaftlichkeit eines solchen Projekts im kommerziellen Umfeld nicht gerade rosig aus, aber wer weiß, mit welchen Tricks ein guter Unternehmer den Spieß umdrehen könnte. Sicherlich ein faszinierendes Projekt, das man im Auge behalten sollte.

Quelle: Caltech