Satelliten im Weltraum, die Sonnenlicht ernten und Sonnenenergie in nutzbare Energie für Anwendungen auf der Erde umwandeln, sind eine Idee, die seit Jahrzehnten untersucht wird. Aber obwohl die Vereinigten Staaten ein Pionier in dieser Technologie waren, war das Interesse der Regierung, sie aus dem Labor in den Orbit zu bringen, bestenfalls lauwarm.
Das US-Militär versucht nun, die Bemühungen wiederzubeleben. Das Naval Research Laboratory startete 2020 ein Experiment an Bord des Raumflugzeugs X-37B der Air Force, bei dem Hardware erfolgreich getestet wurde, um Sonnenlicht einzufangen und in elektrische Gleichstromenergie umzuwandeln.
Das NRL-Experiment war jedoch nur eine Demonstration im Weltraum und nicht dazu gedacht, die im Weltraum eingefangene Energie zurück auf den Boden zu strahlen. Diese Fähigkeit wird vom Air Force Research Laboratory, wenn alles wie geplant verläuft, in einem 100-Millionen-Dollar-Experiment erprobt, das voraussichtlich 2025 starten soll.
Die Mission von AFRL mit dem Namen Arachne wurde als Antwort auf eine militärische logistische Herausforderung konzipiert: die Sicherung zuverlässiger Energiequellen an kargen Stützpunkten ohne Infrastruktur. Heutzutage muss Treibstoff, der zum Betrieb von Feldgeneratoren verwendet wird, mit Lastwagen transportiert werden, was diese Konvois zu Zielen für Gegner macht. AFRL glaubt, dass der Zugang zu Solarenergie aus dem Weltraum dazu beitragen könnte, diese Anfälligkeit zu verringern.
Das Labor argumentiert auch, dass eine größere staatliche Unterstützung für diese Technologie ein Signal an die kommerzielle Industrie und Investoren senden würde, was die Marktchancen erweitern würde.
„Ähnlich wie das Global Positioning System, das als militärisches Gut begann und zu einer Technologie überging, die jetzt von Menschen überall genutzt wird, könnte dieses Solarenergie-Beaming-System zu einer breiteren Nutzung übergehen und Solarenergie unabhängig von Wetter, Tageszeit oder Breitengrad bereitstellen. “, sagte AFRL.
Arachne machte letzten Monat einen Sprung nach vorne, als Ingenieure von AFRL und Northrop Grumman in einem Labor in Linthicum, Maryland, eine sogenannte „Sandwich-Fliese“ vorführten.
Die Fliese ist eine entscheidende Komponente, die die Energiesammlung und -umwandlung ermöglicht, erklärte AFRL-Programmmanager James Winter. Eine Seite der Fliese hat eine Platte aus Photovoltaikzellen, die Sonnenenergie empfangen. Die Elektronik in der Mitte wandelt Gleichstrom in Hochfrequenzsignale um, und auf der anderen Seite der Kachel befindet sich eine Antenne, um Energie zu strahlen.
Jetzt, da die Kachel demonstriert wurde, sagte Winter, wird der nächste Schritt darin bestehen, herauszufinden, wie man eine Anordnung von neun Kacheln in eine Raketenverkleidung einkapselt, damit sie auf einem ESPAStar von Northrop Grumman in die Umlaufbahn gebracht werden kann – einem Bus, der so fahren kann eine sekundäre Nutzlast auf großen nationalen Sicherheitsraketen. Sobald der Satellit eingesetzt ist, wird HF-Energie zu einer Empfangsstation am Boden gestrahlt, und eine Gleichrichterantenne wandelt dann die HF in nutzbare Energie um.
Winter sagte, das Experiment 2020 an Bord der X-37B habe hilfreiche Einblicke in das Sandwichmodul geliefert, die auf Arachne angewendet werden.
Jay Patel, Vizepräsident der Fernerkundungsprogramme von Northrop Grumman, wies darauf hin, dass Photovoltaik und HF-Umwandlung wohlbekannte Technologien seien. „Aber wir konnten sie in die Umgebung übersetzen, in der wir sie einsetzen wollen“, fügte er hinzu. „Arachne ist nicht viel Erfindung, sondern Innovation darin, wie wir einige dieser bewährten Technologien in eine Mission übersetzen, die wirklich verschiedene Wege eröffnen wird.“
Weltraumgestützte Solarenergie wurde in einem Novemberbericht, der von der US Space Force, der Defense Innovation Unit und AFRL veröffentlicht wurde, stark unterstützt. „Die Einbeziehung von Weltraum-Solarenergie in Amerikas Weltraum- und Klimaagenda könnte nicht nur einen weiteren Pfeil im Köcher zur Bekämpfung des Klimawandels darstellen, sondern auch neue Wege eröffnen, Industrie, Öffentlichkeit und internationale Partner einzubeziehen“, heißt es in dem Bericht.
Aber trotz militärischer Fürsprache und technologischem Fortschritt steht die weltraumgestützte Solarenergie vor einem steilen Aufstieg.
„Befürworter haben es als die intelligenteste, umfassendste verfügbare Energielösung dargestellt, während Kritiker es als ein wahnsinnig teures System betrachteten, das niemals funktionieren wird“, stellte die Aerospace Corp. in einer kürzlich durchgeführten Studie fest.
Wie so oft bei diesen Argumenten liegt die Realität irgendwo dazwischen. Aber wie Wissenschaftler, die an der Arachne-Mission arbeiten, betonen, werden wir das wahre Potenzial dieser Technologie nie kennen, bis die USA genügend Ressourcen investieren, um es herauszufinden.
Sandra Erwin deckt den militärischen Raum für SpaceNews ab. Sie ist eine erfahrene nationale Sicherheitsjournalistin und ehemalige Herausgeberin des National Defense Magazins.
„On National Security“ erscheint in jeder Ausgabe des Magazins SpaceNews. Diese Kolumne erschien in der Januar-Ausgabe 2022.
