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Astronomie und Raumfahrt

08. April 2015

China Raumstation: Energieversorgung aus dem All

 Von Benjamin von Brackel
Die Chinesische Mauer im Schein von Licht und Laser – bald vielleicht ermöglicht durch Strom aus dem Weltraum?  Foto: rtr

China will eine Raumstation errichten, mit der die Energieversorgung aus dem All möglich gemacht werden soll. Der erste Schritt dazu soll 2020 gemacht werden.

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Im Jahr 1941 beschrieb der New Yorker Schriftsteller Isaac Asimov in seiner Kurzgeschichte „Reason“, wie die Menschheit das Energieproblem lösen könnte. Darin sammelt eine Raumstation, die um die Erde kreist, Sonnenenergie über gigantische Sonnensegel ein und versorgt über Mikrowellen-Strahlen die drei Billionen Erdenbewohner mit Energie. Kontrolliert wird der Energiestrahl von Robotern.

Ein Dreivierteljahrhundert später könnte die Umsetzung der Science-Fiction-Geschichte beginnen. Denn China plant, eine Raumstation in 36 000 Kilometern Höhe um die Erde kreisen zu lassen, die genau das tun soll, was Asimov in „Reason“ beschrieben hat. Ausgerüstet mit Solarmodulen, die sich über eine Fläche von fünf bis sechs Quadratkilometern erstrecken, soll Sonnenenergie eingesammelt und über Mikrowellen oder Laser auf die Erde geschickt werden, berichtet die chinesische Nachrichtenagentur Xinhua. Damit, so hoffen chinesische Wissenschaftler, könnte China eines Tages seine Energieversorgung decken. Es wäre das größte Raumfahrtprojekt aller Zeiten, größer als das Apollo-Projekt und die Internationale Raumstation ISS.

Der erste Schritt dazu soll 2020 gemacht werden. Dann, so hat es der Vizepräsident der Chinesischen Akademie für Raumfahrttechnologie Li Ming angekündigt, werde China eine Raumstation bauen, mit der die Energieversorgung aus dem All möglich gemacht werden soll. Forscher der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Akademie für Ingenieurwesen haben bereits 2010 in einer Studie empfohlen, 2030 eine Versuchs-Raumstation zu bauen und 2050 eine kommerzielle Station.

Antreiber der Idee ist ein 93-jähriger Forscher der Wissenschaftsakademie. Wang Xiji, der mehr als 50 Jahre lang Raumfahrttechnologie entwickelt hat, hofft, mit der solaren Raumstation gleich mehrere große Probleme auf der Erde zu beseitigen: Energiekrise, Smog, Treibhausgasausstoß. Der Vorteil einer solaren Raumstation: Anders als Solaranlagen auf der Erde könnte sie fast durchgängig Energie einsammeln. Die Solarmodule im All könnten den Wissenschaftlern zufolge zehnmal so viel Strom liefern wie die auf der Erde. Die Weltraum-Module hätten außerdem den Vorteil, dass sie auf der Erde keine Flächen in Anspruch nehmen.

Seit den 1950er Jahren gibt es Pläne einer solaren Raumstation, welche die Erde mit Energie versorgt. 1968 veröffentlichte der US-Wissenschaftler Peter Glaser einen Artikel im Fachmagazin Science, in dem er behauptete, einen praktikablen Entwurf für eine solche Station zu präsentieren. In den 70er Jahren führten die Weltraumorganisation Nasa und das US-Energieministerium Studien zur Solarenergie im All durch und schlugen seither verschiedene Solarkraft-Satelliten vor. Realisiert wurde nichts.

Inzwischen hat sich aber nicht nur die Technologie für Solarmodule enorm weiterentwickelt, sondern auch die Raumfahrt und die drahtlose Energieübertragung. Hier führt Japan die Entwicklung an. Forscher der japanischen Luft- und Raumfahrtagentur haben im vergangenen Jahr bereits angekündigt, in den 2030er Jahren ein kommerzielles Ein-Gigawatt-Solarsystem fürs All zu entwickeln, das ähnlich viel Energie wie ein Atomkraftwerk zur Erde sendet. Die Mikrowellen auffangen soll ein ganzer Schwarm an Antennen. China ist nun in das Rennen um die mögliche Zukunftstechnologie eingestiegen. Mit großen Energieprojekten kennt sich das Land aus, das Tausende Bewohner für den Bau von Mega-Wasserkraftwerken umsiedelt oder in wenigen Jahren Windkraftwerke mit einer Anschlussleistung von über 100 Gigawatt aus dem Boden stampft. Die solare Raumstation würde noch einmal in ganz neue Dimensionen vordringen.

„Im Prinzip ist das machbar“, sagt Stefanos Fasoulas, Leiter des Instituts für Raumfahrtsysteme an der Universität Stuttgart. Die solare Raumstation könnte in eine geosynchrone Umlaufbahn gebracht werden und damit stets über demselben Ort der Erde stehen – ebenso wie viele Kommunikations- und Überwachungs-Satelliten. Auch wird Solarenergie im All längst genutzt – etwa von der Internationalen Raumstation ISS, die durch Sonnensegel angetrieben wird. Fasoulas zweifelt allerdings daran, dass sich das Projekt tatsächlich umsetzen lässt.

Noch deutlicher wird Ulrich Walter, Professor am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik der Technischen Universität München: „Ich halte von der Idee überhaupt nichts“, sagt der ehemalige Astronaut. „Das wird auch nichts.“ Der Aufwand sei viel zu hoch und stünde in keinem Verhältnis zum Energiegewinn. Bis zum Hundertfachen sei die Energiegewinnung im All teurer als auf der Erde. Das liegt auch daran, dass die solaren Raumstationen einer deutlich höheren Belastung ausgesetzt sind. „Das lohnt sich überhaupt nicht.“

Will man eine solare Raumstation von solchen Ausmaßen überhaupt ins All bringen, kommen die Raketen an ihre Grenzen, die darauf ausgelegt sind, maximal 100 Tonnen zu transportieren. Die Solarmodule müssten deshalb sehr leicht und dünn sein.

Neben dem Kosten-Nutzen-Faktor gibt es aber noch ein größeres Problem, das nur sehr schwer in den Griff zu kriegen sein dürfte: die Übertragung der Energie von der Solarstation zur Erde. Möglich ist das durch Batterien. Doch wegen des großen Transportaufwands und Energieverlusts würde sich das kaum lohnen. Auch Laser könnten die umgewandelte Solarenergie auf die Erde transportieren – doch zum Überbrücken von einigen Tausend Kilometern sind sie wenig geeignet. Bleibt die Übertragung durch Mikrowellen. Technisch möglich ist das zwar: Der Gleichstrom der Solaranlagen kann in Mikrowellen umgewandelt und an eine Bodenstation geschickt werden. Dort muss die Empfängerstation die Mikrowellen zurück in Gleichstrom wandeln, aus dem ein Konverter wiederum Wechselstrom macht, der sich ins Netz einspeisen lässt. All diese Umwandlungsschritte senken jedoch den Wirkungsgrad – und machen den Solarstrom aus dem All unrentable.

Außerdem drohen große Gefahren. Es ist äußerst schwierig, den Strahl so zu kalibrieren, dass er die Empfängeranlage trifft. Würde man mit der Ausrichtung nur um ein Grad danebenliegen, so Walter, könnte der Strahl auf der Erde ein paar Hundert Kilometer vom Zielpunkt entfernt auftreffen – und etwa eine Stadt treffen. „In dem Strahl möchte ich nicht stehen“, sagt Walter. Schon in seiner Kurzgeschichte von 1941 beschreibt Asimov, was dann passieren könnte, und zwar an der Stelle, als die Raumstation in einen Sonnensturm gerät. „Winkelabweichungen von einer Hunderttausendstel Sekunde – dem Auge unsichtbar – genügten, um den Strahl irgendwo ins Nichts zu schicken, und reichten aus, um Hunderte von Quadratkilometern der Erde in leuchtende Ruinen zu verwandeln.“

Benjamin von Brackel ist Redakteur beim Online-Magazin klimaretter.info, mit dem die FR in einer Kooperation die Berichterstattung zu den Themen Klima und Umwelt intensiviert.

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