Raum

Ein bahnbrechender Weltraum-Solarstrom-Prototyp, der vom Space Solar Power Project (SSPP) des Caltech entwickelt wurde, hat einen bedeutenden Meilenstein erreicht und erstmals erfolgreich die drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstriert. Der als Space Solar Power Demonstrator-1 (SSPD-1) bezeichnete Prototyp nutzt das Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE), um Energie drahtlos vom Weltraum zur Erde zu übertragen und so das Potenzial von Solarmodulen in der Raumfahrt zu nutzen Solarenergie. Diese bemerkenswerte Leistung bringt uns der Verwirklichung weltraumgestützter Solarenergie als zuverlässige und reichlich vorhandene Energiequelle einen Schritt näher.

Space Solar Power stellt eine transformative Lösung dar, mit der durch Solarsatelliten nahezu unbegrenzte Sonnenenergie im Weltraum genutzt werden kann. Unabhängig von irdischen Zwängen wie Tag-Nacht-Zyklen, Jahreszeiten oder Wolkenbedeckung ist diese Spitzentechnologie bereit, den globalen Energiezugang zu revolutionieren und eine konstante und reichlich vorhandene erneuerbare Energiequelle bereitzustellen. Die Technologie könnte Gigawatt Strom aus dem Weltraum liefern. Vor allem verspricht es eine Demokratisierung des Energiezugangs und die Ausweitung der Vorteile auf abgelegene Regionen und Gebiete, die von Kriegen oder Naturkatastrophen betroffen sind.

Das SSPD-1 ist ein umfassendes Projekt, das drei Schlüsselexperimente umfasst: MAPLE, DOLCE und ALBA. MAPLE konzentriert sich auf die drahtlose Energieübertragung, DOLCE demonstriert die Architektur und Einsatzmechanismen modularer Raumfahrzeuge und ALBA bewertet die Wirksamkeit verschiedener Photovoltaikzellen in der anspruchsvollen Weltraumumgebung.

„Die Demonstration der drahtlosen Energieübertragung im Weltraum mithilfe leichter Strukturen ist ein wichtiger Schritt in Richtung Weltraum-Solarenergie und einem breiten weltweiten Zugang dazu“, sagt Harry Atwater, Otis Booth Leadership Chair der Abteilung für Ingenieurwesen und angewandte Wissenschaft; Howard Hughes Professor für Angewandte Physik und Materialwissenschaften; Direktor der Liquid Sunlight Alliance; und einer der Hauptforscher des Projekts. Sonnenkollektoren werden bereits im Weltraum verwendet, um beispielsweise die Internationale Raumstation mit Strom zu versorgen. Um jedoch ausreichend große Arrays zu starten und einzusetzen, um die Erde mit Strom zu versorgen, muss SSPP Solarenergie-Energieübertragungssysteme entwerfen und herstellen, die ultraleicht, kostengünstig und und flexibel.

MAPLE konzentriert sich auf die drahtlose Energieübertragung, ein entscheidendes Element im Weltraum-Solarenergieprojekt.

MAPLE wurde von einem Team unter der Leitung von Ali Hajimiri entwickelt und ist ein Schlüsselexperiment innerhalb von SSPD-1. Es besteht aus einer Reihe flexibler, leichter Mikrowellen-Leistungssender, die von maßgeschneiderten elektronischen Chips angetrieben werden. Das Design von MAPLE ist bewusst leicht, flexibel und kostengünstig und unterstreicht die wirtschaftliche Machbarkeit weltraumgestützter Solarenergie und die Idee erneuerbarer Energie aus dem Weltraum. Der Prototyp hat bereits seine Fähigkeit unter Beweis gestellt, Energie erfolgreich an Empfänger im Weltraum zu übertragen und diese zur Erde zu leiten.

„Durch die Experimente, die wir bisher durchgeführt haben, haben wir die Bestätigung erhalten, dass MAPLE erfolgreich Energie an Empfänger im Weltraum übertragen kann“, sagt Hajimiri. „Wir konnten das Array auch so programmieren, dass es seine Energie auf die Erde richtet, was wir hier am Caltech entdeckt haben. Wir hatten es natürlich auf der Erde getestet, aber jetzt wissen wir, dass es die Reise ins All überleben und dort funktionieren kann.“ ."

Im Rahmen des SSPD-1-Projekts dient DOLCE als entscheidendes Experiment, das das Verpackungsschema und die Einsatzmechanismen modularer Raumfahrzeuge demonstriert. Bei ALBA, einem weiteren bedeutenden Experiment, werden 32 verschiedene Arten von Photovoltaikzellen in der anspruchsvollen Weltraumumgebung getestet. Ziel dieser Bewertung ist es, die effektivsten Zellen für zukünftige weltraumgestützte Solarstromsysteme zu identifizieren.

Die Raumsonde Momentus Vigoride spielte eine entscheidende Rolle im SSPD-1-Projekt und ermöglichte den Transport der Prototypen ins All. Dieses Raumschiff wurde an Bord einer SpaceX-Rakete im Rahmen der Transporter-6-Mission gestartet und bot Caltech entscheidende Unterstützung durch die Bereitstellung von Daten-, Kommunikations- und Telemetriediensten und stellte so die optimale Leistung der Prototypen sicher.

Durch den Einsatz eines ausgeklügelten Systems konstruktiver und destruktiver Interferenz zwischen einzelnen Sendern kann das MAPLE-System den Fokus und die Richtung der übertragenen Energie ändern, ohne dass Teile bewegt werden müssen. Durch diese Präzision kann der Großteil der Energie genau dorthin übertragen werden, wo sie benötigt wird.

MAPLE verfügt über zwei separate Empfängerarrays in der Nähe des Senders, um die übertragene Energie zu empfangen und in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, sowie über Power-LEDs, die die drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstrieren. Das Experiment hat die übertragene Energie auf der Erde erfolgreich nachgewiesen und ihre Wirksamkeit unter realen Bedingungen bestätigt.

„Nach unserem besten Wissen hat noch nie jemand die drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstriert, selbst mit teuren starren Strukturen. Wir machen das mit flexiblen Leichtbaustrukturen und mit unseren eigenen integrierten Schaltkreisen. Das ist eine Premiere“, sagt Hajimiri.

Weltraumsolarenergie stellt nicht nur einen technologischen Durchbruch dar, sondern auch ein wichtiges Instrument in unserem Kampf gegen den Klimawandel. Durch die Nutzung der praktisch unbegrenzten Sonnenenergie im Weltraum können wir unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern und so den CO2-Ausstoß erheblich senken. Dieser Übergang zu erneuerbaren Energien ist der Schlüssel zur Abmilderung der Auswirkungen des Klimawandels.

Darüber hinaus ist die Weltraum-Solarenergie im Gegensatz zu terrestrischen erneuerbaren Energiequellen nicht vom Wetter oder saisonalen Schwankungen abhängig und stellt eine stabile, kontinuierliche Quelle sauberer Energie dar. Der erfolgreiche Einsatz von Weltraum-Solarenergiesystemen könnte daher einen wesentlichen Beitrag zu den weltweiten Bemühungen um den Übergang zu nachhaltigen, kohlenstoffarmen Volkswirtschaften leisten.

Space Solar Power bietet eine vielversprechende Lösung, um die reichlich vorhandene Sonnenenergie im Weltraum ohne Einschränkungen durch Tag- und Nachtzyklen, Jahreszeiten und Wolkenbedeckung zu nutzen. Das SSPP sieht den Einsatz einer Konstellation modularer Raumschiffe vor, die Sonnenlicht über Sonnenkollektoren sammeln, es in Elektrizität umwandeln und es drahtlos als Mikrowellen über große Entfernungen übertragen. Diese Technologie könnte herkömmliche Solarmodule auf der Erde deutlich übertreffen.

Während MAPLEs erfolgreiche Demonstration der drahtlosen Energieübertragung im Weltraum eine bahnbrechende Leistung darstellt, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um mögliche Unregelmäßigkeiten innerhalb des Systems zu beheben. Laufende Bewertungen einzelner Elemente innerhalb des Systems werden dazu beitragen, etwaige Probleme zu identifizieren und zu beheben und wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung zukünftiger weltraumgestützter Solarstromsysteme zu liefern. Das Team am Caltech widmet sich weiterhin der Weiterentwicklung der Technologie und der Verbesserung ihrer Effizienz und ebnet so den Weg für eine neue Generation von Weltraum-Solarenergie.