Demonstrationsfortschritt von strahlgestützter weltraumgestützter Solarenergie

Das Space-based Solar Power Project (SSPP) am Caltech funktioniert eine Konstellation modularer Raumfahrzeuge einzusetzen, die Sonnenlicht sammeln, es in Strom umwandeln und diesen Strom dann drahtlos dorthin übertragen, wo er benötigt wird – auch an Orte, die derzeit keinen Zugang zu zuverlässiger Stromversorgung haben.

Über einen Zeitraum von zwei Jahren haben sie zwei Prototypen von Kacheln gebaut und demonstriert. Dies ist das modulare Schlüsselelement, das das Sonnenlicht einfängt und die Energie überträgt. Dabei lernten sie viele Dinge darüber, wie man hochintegrierte und ultraleichte Systeme dieser Art entwirft. Die zweite weltraumgestützte Solarstrom-Prototypplatte ist 33 Prozent leichter als die erste.

Die modularen Kacheln werden zu einem größeren Array skaliert. Sie sind auf einer sehr flexiblen Struktur montiert, die gefaltet werden kann, um in eine Trägerrakete zu passen. Nach dem Aufstellen dehnt sich die Struktur aus und die Kacheln arbeiten zusammen und synchron, um Energie zu erzeugen, umzuwandeln und genau dorthin zu übertragen, wo Sie sie benötigen, und nirgendwo anders.

Caltech arbeitet an drei oder vier technologischen Durchbrüchen, die in Kombination die Art und Weise, wie Solarenergie im Weltraum verändert wird, verändern würden.

Oben – Eine Reihe kleiner Solarmodule, die Teil des Space Solar Power Project sind, integrieren Photovoltaik, Stromübertragungsschaltkreise und Strahllenkung.
Bildnachweis: Caltech

Durch die Verwendung neuartiger Falttechniken, inspiriert von Origami, sind sie in der Lage, die Abmessungen eines riesigen Raumfahrzeugs für den Start erheblich zu reduzieren. Die Verpackung ist so dicht, dass sie im Wesentlichen frei von Hohlräumen ist.

Die Nutzung von Solarenergie im Weltraum beruht auf bahnbrechenden Fortschritten in drei Hauptbereichen:
* Die Forschungsgruppe von Atwater entwickelt ultraleichte, hocheffiziente Photovoltaik (Materialien, die Licht in Strom umwandeln), die für Weltraumbedingungen optimiert und mit einem integrierten modularen Energieumwandlungs- und -übertragungssystem kompatibel sind.

* Das Forschungsteam von Hajimiri entwickelt die kostengünstige und leichte Technologie, die benötigt wird, um Gleichstrom in Hochfrequenzenergie umzuwandeln (die beispielsweise zur Übertragung von Handysignalen verwendet wird) und sie als Mikrowellen zur Erde zu senden. Der Prozess ist sicher, erklärt Hajimiri. Nichtionisierende Strahlung an der Oberfläche ist deutlich weniger schädlich als das Stehen in der Sonne. Zudem könnte das System im Schadens- oder Störungsfall schnell abgeschaltet werden.

* Die Gruppe von BPellegrino erfindet faltbare, ultradünne und ultraleichte Weltraumstrukturen, um die Photovoltaik sowie die Komponenten zu unterstützen, die zum Umwandeln, Übertragen und Lenken von Hochfrequenzenergie benötigt werden, wo sie benötigt wird.
Die Grundeinheit des Systems, das sich die Forscher vorstellen, ist eine 4 x 4 Zoll große Fliese, die weniger als ein Zehntel Unze wiegt. Hunderttausende dieser Kacheln würden sich zu einem System fliegender teppichartiger Satelliten verbinden, die, sobald sie entfaltet sind, eine Fläche zum Sammeln von Sonnenlicht von 3.5 Quadratmeilen schaffen würden.

Die Arbeit am SSPP wurde von Donald Bren, dem Vorsitzenden der Irvine Company und lebenslanges Mitglied der Caltech-Community, und seiner Frau Brigitte Bren, einer Treuhänderin des Caltech, mit mehr als 100 Millionen US-Dollar unterstützt. Die Northrup Grumman Corporation stellte Mittel für erste Machbarkeitsstudien bereit.