Solarenergie aus dem Weltall: Testsatellit überträgt erstmals kabellos Strom

© IMAGO/Heritage Space/Heritage Images

Ein Testsatellit produziert Energie aus Sonnenlicht im Weltall und kann diese drahtlos übertragen. Auch auf der Erde kommt das Signal an.

Pasadena – Während auf der Erde um die künftige Energieproduktion gerungen wird, gibt es im Weltall unbegrenzt Energie: Die Sonne scheint dort rund um die Uhr – weder Wolken noch Dunkelheit oder Jahreszeiten stören. Solarpanels, die im Weltall eingesetzt werden, könnten potenziell achtmal mehr Energie produzieren als Solarpanels auf der Erde, sagen Fachleute vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena.

Doch nicht die Produktion von Strom im Weltall ist die Herausforderung – zahlreiche Raumsonden und auch die Internationale Raumstation ISS sind mit Solarpanels ausgestattet und erhalten so ihre Energie. Die eigentliche Herausforderung ist die drahtlose Übertragung des Stroms im Weltall und hinab auf die Erde. Wie das gelingen kann, hat nun ein Caltech-Forschungsteam mithilfe eines Testsatelliten ausprobiert.

Testsatellit überträgt Strom drahtlos im Weltall

Der Satellit „Space Solar Power Demonstrator“ (SSPD-1) ist am 3. Januar ins Weltall gestartet. An Bord befindet sich das Experiment MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), eine Reihe flexibler, leichter Mikrowellensender, die dazu genutzt werden, Energie an die gewünschten Stellen zu senden. „Durch die Experimente, die wir bisher gemacht haben, haben wir die Bestätigung erhalten, dass MAPLE Energie erfolgreich zu Empfängern im Weltall übertragen kann“, erklärt Ali Hajimiri, der das Team leitet, das MAPLE entwickelt hat. „Wir waren außerdem in der Lage, die Anordnung so zu programmieren, dass die Energie Richtung Erde gelenkt wurde, was wir hier im Caltech messen konnten“, berichtet Hajimiri weiter.

MAPLE nutzt zwei Empfänger, die sich in etwa 30 Zentimetern Entfernung befinden. Diese empfangen die Mikrowellen-Strahlung, konvertieren sie in Elektrizität und betreiben damit zwei LEDs, um zu zeigen, dass die Energie übertragen wurde. MAPLE ist den extremen Bedingungen im Weltall ausgesetzt – starke Temperaturschwankungen und Strahlung von der Sonne. „Jetzt wissen wir, dass es die Reise ins Weltall überleben und dort funktionieren kann“, freut sich Hajimiri.

Aus Solarenergie aus dem Weltall wird Strom für die Erde

Durch ein kleines Fenster kann MAPLE die Energie auch Richtung Erde schicken. Die übertragene Energie wurde von einem Empfänger auf dem Dach des Caltech-Campus in Pasadena empfangen, heißt es in einer Mitteilung der Forschungsgruppe. „Das empfangene Signal erschien zur erwarteten Zeit und mit der erwarteten Frequenz“, berichtet das Forschungsteam um Hajimiri. Strom selbst wurde dabei noch nicht übertragen. „Unseres Wissens hat noch niemand die drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstriert, auch nicht mit teuren starren Strukturen. Wir machen das mit flexiblen Leichtbaustrukturen und mit unseren eigenen integrierten Schaltungen. Das ist ein Novum“, betont Hajimiri.

Im Caltech hat man die Vision von einer Konstellation von Segel-ähnlichen Solarpanels, die sich im Weltall auseinanderfalten und künftig Sonnenenergie auf die Erde schicken können. „So wie das Internet den Zugang zu Informationen demokratisiert hat, hoffen wir, dass die drahtlose Energieübertragung den Zugang zu Energie demokratisiert“, erklärt der Caltech-Forscher. „Es wird keine Infrastruktur zur Energieübertragung vor Ort benötigt, um diese Energie zu empfangen. Das bedeutet, dass wir Energie in abgelegene Regionen und in Gebiete schicken können, die von Kriegen oder Naturkatastrophen verwüstet wurden.“

So wie das Internet den Zugang zu Informationen demokratisiert hat, hoffen wir, dass die drahtlose Energieübertragung den Zugang zu Energie demokratisiert.

Ali Hajimiri, Caltech

Weltraumgestützte Solarenergie: Esa und China denken darüber nach

Auch andere haben sich bereits über die Sonnenenergie aus dem Weltall Gedanken gemacht. Die Europäische Raumfahrtorganisation Esa hat von ihren Mitgliedsländern Gelder erhalten, um das Thema „space based solar power“ (weltraumgestützte Solarenergie, kurz: SBSP) mit Studien und der Entwicklung von Technologien vorzubereiten. Die Esa geht von jährlich hunderten Terawattstunden (TWh) an Energie aus, die so ab 2050 im Weltall gewonnen werden könnten. Auch China denkt bereits laut über ein Solarkraftwerk im Weltall nach.

„Die Demonstration der drahtlosen Energieübertragung im Weltraum unter Verwendung von Leichtbaustrukturen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Weltraumsolarenergie und zu einem breiten weltweiten Zugang zu ihr“, erläutert Harry Atwater, einer der Caltech-Forscher. „Solarzellen werden bereits im Weltraum eingesetzt, um beispielsweise die Internationale Raumstation mit Strom zu versorgen, aber um ausreichend große Arrays zu starten und einzusetzen, um die Erde mit Strom zu versorgen, benötigt man Systeme zur Übertragung von Solarenergie, die ultraleicht, billig und flexibel sind.“ Es könnte also sein, dass die Zukunft der Energiegewinnung im Weltall liegt.