In allen Ländern mit eigenen Weltraumprogrammen gibt es ehrgeizige Projekte zur Entwicklung von Orbital-Solarkraftwerken. Aus jedem Quadratmeter im Orbit kann achtmal mehr Energie gewonnen werden als auf der Erde, und das 24 Stunden am Tag ohne Nachtpausen. Wissenschaftler des California Institute of Technology wollen ihr Projekt im Dezember umsetzen, indem sie den ersten Prototyp eines Solarkraftwerks in den Orbit bringen.
Das Caltech-Projekt startete 2013 mit einer Rekordspende. Donald Bren, Vorstandsvorsitzender der Irvine Company, spendete etwas mehr als 100 Millionen US-Dollar für das orbitale Solarkraftwerksprogramm 2015 investierte Northrop Grumman Mittel in das Projekt und stellte dem Institut 17,5 Millionen US-Dollar zur Verfügung.
Die Entwicklung erfolgte in drei Richtungen. Eine Gruppe von Wissenschaftlern entwickelte ultraleichte Solarzellen, eine andere schuf ultraleichte und effiziente Konverter von elektrischer Energie aus Batterien in Mikrowellenstrahlung, und die dritte Gruppe entwarf die Struktur von Solarfeldern für den Start in den Weltraum unter Berücksichtigung der Einschränkungen der Moderne Startfahrzeuge.
Jetzt sind alle drei Projekte in einem Prototyp verkörpert, der bald in die Umlaufbahn geschickt wird. Die von der ersten Gruppe gebauten Solarzellen versprechen ein 50- bis 100-mal besseres Leistungsgewicht als aktuelle Satelliten-Solarmodule, einschließlich der neuesten auf der ISS.
Das zweite Team präsentierte ultraleichte, miniaturisierte und kostengünstige Geräte zur Umwandlung von Gleichstrom aus Sonnenkollektoren in ein HF-Signal für die anschließende Übertragung zur Erde. Die Lösung führt es durch die Signalphasenmanipulation und verspricht höchste Genauigkeit und Geschwindigkeit.
Die Platte selbst ist in Form einer 10 cm2 großen Fliese ausgeführt. Ein Modul enthält sowohl doppelseitige Solarzellen als auch ein Modul zur Umwandlung in ein HF-Signal. Das Gewicht eines Moduls beträgt nur 2,8 Gramm. Die Module werden an der längsten Stelle des Solarparks zu 2 m breiten und bis zu 60 m langen Streifen zusammengesetzt. Aus den Bändern entsteht ein Quadrat mit 60 m Seitenlänge, und das Feld selbst zum Senden in den Weltraum wird sehr kompakt gefaltet – fast wie Origami. Von solchen Plätzen aus sollen Solarparks in einer Umlaufbahn mit einer Fläche von 9 km2 aufgebaut werden. Im Orbit verwandeln sich die Felder unabhängig voneinander in Quadrate, deren Mechanismus ebenfalls erfunden wurde und sehr leicht ist - etwa 150 g pro m2.
Wissenschaftler erwägen zwei Orbitoptionen für ihre Solarorbitalfarmen – eine geosynchrone Umlaufbahn mit konstanter Richtung zu einer Empfangsstation auf der Erde und eine niedrigere Umlaufbahn, die in Bezug auf die Startkosten weniger kostspielig ist, aber mit mehreren „roamenden“ Stationen im Orbit Empfangsstationen, die über die Erde verstreut sind. Letztere Option scheint vorzuziehen. Fünf Solarparks in einer mittleren Umlaufbahn würden 39 Starts erfordern und zwischen 1 und 2 US-Dollar pro Kilowattstunde einbringen. Das ist 10- bis 20-mal teurer als die durchschnittlichen Kosten einer Kilowattstunde elektrischer Energie in den Vereinigten Staaten heute, aber unter dem Gesichtspunkt der Umweltfreundlichkeit verspricht der Effekt erheblich zu sein.
2022-10-19 13:37:24
Autor: Vitalii Babkin