US-Test von Solarenergie im Weltraum erfolgreich

Ein Satellit in der Erdumlaufbahn, der die Machbarkeit einer Technologie zur Sammlung und Übertragung von Sonnenenergie zur Erde testete, hat eine einjährige Mission erfolgreich abgeschlossen.

Simulation des Satelliten Solar Space Power Demonstrator in niedriger Umlaufbahn. Foto: Caltech

Laut der am 16. Januar vom California Institute of Technology (Caltech) veröffentlichten Missionszusammenfassung bewerteten die Ingenieure des Projekts Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) alle drei auf dem 50 kg schweren Satellitenprototyp angebrachten Geräte als erfolgreich funktionsfähig und sind überzeugt, dass das Projekt „der Solarenergie im Weltraum eine Zukunft eröffnen wird“, wie Popular Science berichtet.

SSPD-1 startete Anfang Januar 2023 mit einer SpaceX Falcon 9-Rakete und wird drei Experimente durchführen. Zunächst testet das DOLCE-Experiment (Deployable on-Orbit ultraLight Composite) die Haltbarkeit und Effizienz von Origami-inspirierten ultraleichten Solarzellenstrukturen. Im ALBA-Experiment werden 32 Solarzellendesigns getestet, um herauszufinden, welche sich am besten für den Weltraum eignen. Im MAPLE-Experiment (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit) wird ein Mikrowellensender getestet, der im Orbit gesammelte Solarenergie zur Erde zurückstrahlt.

Vor allem demonstrierte MAPLE erstmals, dass Sonnenenergie mithilfe von Photovoltaikzellen gesammelt und über Mikrowellenstrahlen zur Erde übertragen werden kann. Acht Monate lang erhöhten die Mitglieder des SSPD-1-Teams gezielt die Belastung von MAPLE, was zu einer Verringerung seiner Energieübertragungsfähigkeit führte. Anschließend simulierte das Team das Problem im Labor und stellte fest, dass die Ursache in komplexen thermoelektrischen Wechselwirkungen und der Schwächung einzelner Komponenten innerhalb des Clusters lag.

Die Ergebnisse helfen dabei, das Design vieler MAPLE-Komponenten zu verfeinern, um die langfristige Leistung zu maximieren, sagte Ali Hajimiri, Co-Direktor des Space Solar Power Project (SSPP) von Caltech und Professor für Elektro- und Medizintechnik.

Die Herstellung heutiger Solarzellen, die in Satelliten und anderen Weltraumtechnologien eingesetzt werden, ist mehr als zehnmal teurer als die ihrer bodengebundenen Pendants. Laut Caltech liegt dies hauptsächlich an den Kosten für das Aufbringen einer Schutzschicht aus kristallinem Film, dem sogenannten Zugwachstumsverfahren, auf die äußere Schicht. Mithilfe von ALMA stellten Forscher fest, dass Perowskit-Solarzellen zwar auf der Erde vielversprechende Designs sind, im Weltraum jedoch große Leistungslücken aufweisen. Galliumarsenidzellen hingegen funktionieren über lange Zeiträume zuverlässig, ohne dass eine zusätzliche Schicht erforderlich ist.

Bei DOLCE räumt das Team ein, dass nicht alles nach Plan verlief. Obwohl DOLCE ursprünglich für drei bis vier Tage im Einsatz geplant war, traten bei DOLCE mehrere technische Probleme auf, darunter fehlerhafte Verkabelung und mechanische Komponenten. Die Forscher versuchten jedoch, diese Probleme zu beheben, indem sie mithilfe von Satellitenkameras Fehlfunktionen im Labor simulierten.

Doch selbst wenn SSPD-1 erfolgreich ist, wird es noch Jahre dauern, bis Solarenergie effizient und kostengünstig per Satellit genutzt werden kann. Frühere Schätzungen gehen von 1 bis 2 US-Dollar pro Kilowattstunde für Solarenergie im Weltraum aus, während die aktuellen Kosten in den USA bei weniger als 0,17 US-Dollar pro Kilowattstunde liegen. Die Materialkosten müssen deutlich gesenkt werden, die Materialien müssen aber dennoch robust genug sein, um der Sonneneinstrahlung und den geomagnetischen Aktivitäten im Weltraum standzuhalten.

Bevor Weltraum-Solarenergie zu einer nachhaltigen Energieinfrastruktur für die Menschheit beitragen kann, müssen noch viele weitere Fragen geklärt werden. Die von SSPD-1 über Mikrowellenstrahlen gelieferte Energiemenge ist im Vergleich zum alltäglichen Bedarf gering, und die Weltraum-Solarzelle müsste Tausende von Metern breit sein. Zudem bestehen erhebliche Sicherheitsbedenken bei der Übertragung leistungsstarker Mikrowellen und Laser zur Erde. Das SSPP-Team arbeitet daran, all diese Probleme zu lösen, bevor eine orbitale Solarfarm Realität wird.

An Khang (laut Popsci )

Quellenlink: https://vnexpress.net/thu-nghiem-truyen-dien-mat-troi-tu-vu-tru-cua-my-thanh-cong-4701692.html