Energieübertragung vom Weltraum zur Erde, ein Fortschritt für die Menschheit

Die Vermessung von Zivilisationen im Universum

In der Kosmologie ist die Kardaschow-Skala eine Methode zur Messung des Entwicklungsniveaus einer Zivilisation. Obwohl theoretisch, beschreibt die Kardaschow-Skala eine Richtung der Zivilisation, die mit der Energienutzung verbunden ist.

Dementsprechend ist die grundlegende kosmische Zivilisation in drei Ebenen unterteilt. Eine Zivilisation der Stufe I ist in der Lage, die Energieressourcen eines Planeten auszubeuten und zu nutzen. Eine Zivilisation der Stufe II ist in der Lage, Energieressourcen in einem Stern (wie unserer Sonne) oder anderen Objekten im Sonnensystem zu nutzen.

Simuliert die Statur von drei Zivilisationstypen, wie sie durch die Kardaschow-Skala bestimmt wird. Foto: Wiki

Eine Zivilisation der Stufe III ist viel weiter fortgeschritten. Eine Zivilisation ist in der Lage, die Energie einer ganzen Galaxie zu nutzen und zu nutzen, wie in Science-Fiction-Filmen über intergalaktische Kriege oder intergalaktische Kriege.

Vergleicht man die drei oben genannten Stufen, befindet sich die menschliche Zivilisation also auf Stufe I, wenn sie lediglich die in oder auf der Erdoberfläche vorhandene Energie ausgebeutet hat. Doch neue Fortschritte in der Weltraumforschung und Kosmologie zeigen, dass wir uns auf dem Weg zu einer Weltraumzivilisation der Stufe II befinden, in der wir planen, Energie oder andere Ressourcen aus Objekten im Weltraum zu gewinnen.

Und in diesem Jahr ist das Team des Elektrotechnikprofessors Ali Hajimir am California Institute of Technology (Caltech, Kalifornien, USA) einem Plan zur Erzeugung von Solarenergie im Weltraum und deren Übertragung zur Erde einen Schritt näher gekommen. Ein kleiner Schritt, der im Erfolgsfall zeigen würde, dass die Menschheit in der Lage wäre, eine Weltraumzivilisation der Stufe II zu erreichen.

Simulation des in Großbritannien entwickelten Solarstromsatelliten CASSIOPeiA. Aus dem Weltraum gesammelte Sonnenenergie wird an einen ausgewählten Ort auf der Erdoberfläche geleitet. Foto: Space Solar

Wie gewinnt man Energie aus dem Weltraum?

Der Elektrotechnikprofessor Hajimir erforscht seit einem Jahrzehnt Möglichkeiten, Solarzellen ins All zu bringen und Energie zur Erde zurückzustrahlen. Im Januar dieses Jahres startete sein Team Maple, einen 30 Zentimeter langen Weltraum-Solarprototyp, der mit einem ultraleichten und flexiblen Sender ausgestattet ist. Der Zweck dieses Senders besteht darin, Energie von der Sonne zu sammeln und drahtlos in den Weltraum zu übertragen. Das Ergebnis: Die vom Team gesammelte Strommenge reichte aus, um zwei LED-Leuchten zum Leuchten zu bringen.

Das langfristige Ziel der Forscher besteht jedoch darin, herauszufinden, ob Maple diese Energie zur Erde übertragen kann. Im Mai beschloss das Team, ein Experiment durchzuführen, um zu sehen, was passieren würde. Auf dem Dach des Caltech-Campus in Pasadena, Kalifornien, empfingen Hajimiri und andere Wissenschaftler Maples Signal. Obwohl die erfasste Energiemenge zu gering war, um von Nutzen zu sein, gelang es ihnen dennoch, Energie drahtlos aus dem Weltraum zu übertragen.

Tatsächlich gibt es die Idee, im Weltraum Solarenergie zu erzeugen, bereits seit 1941, als der Science-Fiction-Autor Isaac Asimov sie in einer Kurzgeschichte beschrieb. In den Jahrzehnten seitdem haben Länder wie die USA, China und Japan die Ideeuntersucht , sie jedoch nach Jahren weitgehend aufgegeben.

Im Wesentlichen bedeutet die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum, dass die Menschen auf der Erde die enorme Energie der Sonne im Weltraum nutzen können, wo ständig Licht zur Verfügung steht und das von widrigen Wetterbedingungen wie Bewölkung, Nachtzeit oder Jahreszeiten unbeeinflusst bleibt.

Es gibt verschiedene Ideen, wie dies erreicht werden könnte, aber die Funktionsweise sieht ungefähr so ​​aus: Solarbetriebene Satelliten mit einem Durchmesser von mehr als 1,6 km würden in eine große Umlaufbahn gebracht. Aufgrund ihrer enormen Größe werden die Satelliten aus Hunderttausenden kleinerer Module bestehen. Autonome Roboter werden dann den Zusammenbau von Satelliten im All übernehmen, ähnlich wie das „Legolegen“, erklärt Martin Soltau, CEO des britischen Unternehmens Space Solar.

Die Solarzellen des Satelliten sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Mikrowellen um und übertragen sie drahtlos über einen sehr großen Sender zur Erde, der bestimmte Punkte auf der Erde präzise erreichen kann. Mikrowellen können Wolken und schlechtes Wetter problemlos durchdringen und eine aus Maschendraht gefertigte Empfangsantenne auf der Erde erreichen, erklärt Herr Soltau. Hier werden die Mikrowellen in Strom umgewandelt und ins Netz eingespeist.

Mikrowellen können problemlos Wolken und schlechtes Wetter durchdringen und die Empfangsantenne auf der Erde erreichen. Anschließend werden die Mikrowellen wieder in Strom umgewandelt und ins Netz eingespeist. Foto: ESA

Mit einem Durchmesser von etwa 6 km kann die Empfangsantenne an Land oder vor der Küste errichtet werden. Da diese Gitterstrukturen nahezu transparent sind, kann das darunter liegende Land für Solarmodule, landwirtschaftliche Betriebe oder andere Aktivitäten genutzt werden.

Riesiges Potenzial und große Herausforderungen

Nach Schätzungen von Wissenschaftlern könnte ein Satellit im Weltraum, der Sonnenenergie sammelt, bis zu zwei Gigawatt Strom erzeugen, was fast der Kapazität von zwei durchschnittlichen Kernkraftwerken in den USA entspricht.

Allerdings steht diese Technologie vor einem großen Hindernis: Die Kosten für die Installation von Kraftwerken im Orbit sind sehr hoch. Der britische Professor Underwood erklärte gegenüber CNN, dass die Weltraumenergietechnologie „keine Science-Fiction“ sei. Das größte Hindernis seien jedoch die enormen Kosten, die für die Entwicklung eines Kraftwerks in die Umlaufbahn anfallen.

Im letzten Jahrzehnt begann sich dies jedoch zu ändern, da Luft- und Raumfahrtunternehmen wie SpaceX und Blue Origin mit der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen begonnen haben. Die Startkosten liegen heute bei etwa 1.500 US-Dollar pro Kilogramm und sind damit etwa 30-mal niedriger als während der Space-Shuttle-Ära Anfang der 1980er Jahre.

Wenn das Experiment erfolgreich ist, könnte die Idee, Solarenergie im Weltraum zu erzeugen, eine ergiebige Energiequelle für Industrieländer mit großem Strombedarf, aber fehlender Infrastruktur darstellen. Darüber hinaus könnte diese Energiequelle auch viele abgelegene Städte und Dörfer in der Arktis versorgen, die jedes Jahr monatelang in völlige Dunkelheit gehüllt sind, und auch Gemeinden unterstützen, die aufgrund von Naturkatastrophen oder Konflikten ohne Strom sind.

Obwohl zwischen Konzept und Kommerzialisierung noch eine große Lücke besteht, glauben viele Länder und Unternehmen weltweit, dass die Weltraumsolarenergie den wachsenden Bedarf an sauberer Elektrizität decken und gleichzeitig zur Bewältigung der sich derzeit verschärfenden Klimakrise beitragen kann.

Simulation eines Solarstromsatelliten im Weltraum. Foto: ESA

Im Mai 2020 startete das US Naval Research Laboratory außerdem ein Modul auf einem Orbitaltestfahrzeug, um die Hardware zur Solarstromerzeugung unter Weltraumbedingungen zu testen. Darüber hinaus plant das Forschungslabor der US-Luftwaffe im Jahr 2025 den Start eines kleinen Versuchsfahrzeugs namens Arachne. Die China Academy of Space Technology plant außerdem, im Jahr 2028 einen mit Solarzellen betriebenen Satelliten in eine niedrige und im Jahr 2030 in eine hohe Umlaufbahn zu bringen.

Darüber hinaus entwickelt die Europäische Union das Solaris-Programm, um die technische Machbarkeit von Solarenergie im Weltraum zu ermitteln. Inzwischen hat Großbritannien eine unabhängige Studie durchgeführt und ist zu dem Schluss gekommen, dass die Erzeugung von Solarstrom im Weltraum mit Konstruktionen wie dem Satelliten CASSIOPeiA (1,7 km lang, in der Lage, 2 Gigawatt Strom zu erzeugen) technisch machbar ist.

Was Hajimiris Team in Kalifornien betrifft, so haben er und seine Kollegen das letzte halbe Jahr damit verbracht, Prototypen Belastungstests zu unterziehen, um Daten für die nächste Designgeneration zu sammeln. Hajimiris ultimatives Ziel ist eine Reihe leichter, flexibler Segel, die im Weltraum aufgerollt, gestartet und entfaltet werden können. Dabei arbeiten Milliarden von Teilen perfekt synchron, um Energie dorthin zu liefern, wo sie benötigt wird.

Quelle: https://www.congluan.vn/truyen-nang-luong-tu-khong-gian-ve-trai-dat-buoc-tien-moi-cua-nen-van-minh-nhan-loai-post279006.html