(fotograzia/Moment/Getty Images) Solarenergie ist zu einem Brennpunkt im Kampf um die Eindämmung geworden Klimawandel . Das Potenzial der Solarenergie ist enorm – die Erde empfängt in einer Stunde so viel Sonnenenergie, wie die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht.
Selbst wenn so viel Energie auf die Erde trifft, ist sie nur ein winziger Bruchteil der Gesamtleistung der Sonne. Ein Teil dieser anderen Sonnenenergie trifft auf andere Planeten, aber der größte Teil geht einfach in der Leere des Weltraums verloren.
Es gibt eine Reihe von Gruppen, die verschiedene Technologien nutzen, um einen Teil dieser verlorenen Energie einzufangen. Eine der am häufigsten verfolgten Technologien ist die Idee des Energiesatellit .
Kürzlich erreichte eine dieser Gruppen am amerikanischen Naval Research Laboratory (NRL) einen Meilenstein in der Entwicklung der Energiesatellitentechnologie, indem sie ihren Testsatelliten für Photovoltaik-RF-Antennenmodule (PRAM) startete.
Die Idee, die den Energiesatelliten zugrunde liegt, heißt „ Kraftstrahlen '. Power-Beaming-Systeme nutzen eine von drei verschiedenen Lichtfrequenzen, um erhebliche Energiemengen drahtlos über eine Distanz zu übertragen.
Letztes Jahr konnte das NRL erfolgreich ein landgestütztes Energiestrahlsystem unter Verwendung eines Infrarotlasers vorführen.
Die Durchführung aus dem Weltraum stellt jedoch eine ganze Reihe neuer Herausforderungen dar, die nicht unbedingt nur technischer Natur sind. Paul Jaffe, der technische Leiter des PRAM-Projekts, beschrieb den Prozess der Auswahl für einen Orbitalstart als gleichwertig mit Haifischbecken – Zahlreiche PIs präsentieren ihre Ideen für eine Reise in den Orbit.
Nach mehreren Jahren des Versuchens ist es für PRAM endlich an der Zeit, auf einem zu glänzen X-37B Start am 17. Mai.
PRAM wird jedoch nicht wirklich glänzen – seine Oberfläche ist mit schwarzen Sonnenkollektoren bedeckt und sein Inneres besteht aus der ersten Hardware, die jemals in die Umlaufbahn gebracht wurde und Sonnenenergie in umwandelt Mikrowellen .
Der Satellit selbst ist relativ klein (30 Zentimeter an der Seite) und wird eigentlich keine Energie zurück zur Erde übertragen. Stattdessen werden Daten gesammelt, die als nützliche Vergleichspunkte zu einem zuvor auf der Erde durchgeführten Experiment mit einem ähnlichen System dienen.
Es gab mehrere Messwerte aus dem erdgestützten Test, die das PRAM-Team im Weltraum reproduzieren wollte. Einer der wichtigsten Faktoren war die Effizienz der Umstellung von Solarenergie auf Mikrowellen.
Ohne einen ausreichend hohen Wirkungsgrad könnten künftige Starts angesichts der vom System erzeugten Energiemenge unerschwinglich teuer werden.
Wärmemanagement ist eine weitere äußerst wichtige Messung, auf die sich das Team freut. Auf der Erde lassen sich aufwändige Kühlsysteme relativ einfach an eine Wärmequelle anschließen.
Allerdings funktionieren diese Methoden im Weltraum nicht annähernd so gut, was zu Problemen beim Wärmemanagement der Leistungselektronik im Orbit führen kann. Das Team hofft, mit seinem Strahlungskühlsystem ähnliche Wärmemanagementwerte wie auf der Erde zu erreichen.
Sowohl Effizienz als auch Wärmemanagement fließen in die Berechnung des wichtigsten Parameters von Energiesatellitensystemen ein – Leistungsdichte . Wenn die Kraft zu konzentriert ist, könnte das System möglicherweise alles verbrennen, worauf es gerichtet ist.
Wenn sie zu niedrig ist, wird an der Basisstation nicht genügend Strom empfangen, um Strom zu erzeugen.
Das Design von Basisstationen ist auch ein Schlüsselfaktor für den langfristigen Erfolg von Energiesatellitentechnologien. Jeder Frequenzbereich würde eine andere Art von Basisstation erfordern. PRAM nutzt Mikrowellen als Mittel zur Energieübertragung.
Obwohl die meisten Menschen Mikrowellen üblicherweise als eine Methode zum Aufwärmen von Pizzaresten betrachten, sind die Signalfrequenzen dafür Bluetooth Low Energy Und W-lan kann auch im Spektrum der Mikrowellen berücksichtigt werden.
Auch die Beleuchtungsstärke des Systems hat großen Einfluss auf die Ausgangsleistung und das Wärmemanagement. Dies ist ein Datenpunkt, den das Team auf der Erde nicht sammeln konnte, und es freut sich darauf, Daten zu erhalten, die die beste Beleuchtungszeit für zukünftige Missionen zeigen.
In geosynchrone Umlaufbahn Ein Satellit kann 99 Prozent der Zeit im Sonnenlicht sein.
Es gibt jedoch einen Kompromiss zwischen der Zeit in der Sonne und dem Wärmemanagement. Der PRAM-Prototyp wurde in eine Orbitalkonfiguration gebracht, die es dem Team ermöglichen wird, Wirkungsgrade, Leistungsdichten und thermische Belastungen verschiedener Beleuchtungsperioden zu berechnen. Das Team wird diese Datenpunkte dann verwenden, um die optimale Umlaufbahn für weitere Teststarts zu planen.
Das Endergebnis dieser weiteren Teststarts wäre ein kommerziell nutzbares Solarsatellitensystem, das bestimmte Orte auf der Erde ohne oder mit geringen Zusatzkosten mit zusätzlicher Energie versorgt, sobald sich der Satellit im Orbit befindet.
Es gibt bereits zahlreiche Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die Versionen von Power-Beaming-Systemen entwickeln und gespannt auf das Ergebnis des PRAM-Tests warten.
Jaffe weist darauf hin, dass der Weg zur Kommerzialisierung ausschließlich auf den Ressourcen basiert, die für die Entwicklung eines kommerziell nutzbaren Satelliten bereitgestellt werden. Der Weg zu einem kommerziell nutzbaren Energiesatelliten könnte relativ schnell gehen, wenn erhebliche Mittel bereitgestellt würden. Andererseits könnte die Technologie bereits in den Kinderschuhen sterben, wenn das Geld abgezogen wird.
Die Entwicklung der Technologie steht noch am Anfang und die von PRAM gesammelten Daten sind ein notwendiger Schritt im Prozess der Risikominimierung, der erforderlich ist, damit Energiesatelliten kommerziell rentabel werden.
Ein weiterer Schritt, der kommerziell realisierbar sein muss, ist die öffentliche Akzeptanz. Wenn den meisten Menschen die Idee von Energiesatelliten erwähnt wird, denken sie sofort an „ Ikarus , die fiktive Solarwaffe im James-Bond-Film Stirb an einem anderen Tag . In diesem Film schmilzt der Satellit ein Eishotel und zeigt sein Potenzial, viel größere Teile der Welt zu zerstören.
Jaffe weist schnell auf die Unterschiede zwischen PRAM und Icarus hin. Ikarus ist das, was man als „ gerichtete Energieplattform ', an dem auch die Marine arbeitet, das jedoch eine andere Physik verwendet als das Energiestrahlsystem, aus dem PRAM besteht.
Er erwähnt auch, dass es äußerst schwierig wäre, ein Power-Beaming-System in eine Waffe zu verwandeln: „Wenn Sie eine Lupe vor Ihren WLAN-Router stellen, fängt es nicht an, etwas zu schmelzen.“
Auch wenn die Aussagen der Wissenschaftler möglicherweise nicht alle Befürchtungen der Öffentlichkeit vor einem solchen System zerstreuen, so birgt die Möglichkeit, Energie dorthin zu leiten, wo sie benötigt wird, ein so großes positives Potenzial, dass diese Befürchtungen womöglich überwiegen.
Es muss noch viel Arbeit geleistet werden, bevor Unternehmen anfangen, in Riesen zu investieren Rectenna Bauernhöfe, um die sonst verschwendete Energie einzusammeln. Aber in den nächsten Monaten hofft NRL, mit PRAM einige Daten zu sammeln, die kommerzielle Power-Beaming-Systeme der Realität ein paar Schritte näher bringen werden.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .