Raumfahrt - wohin und wozu. Thomas Ahrendt
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Wüste oder im Golfstrom erzeugt, braucht man effiziente Methoden einer internationalen Energieverteilung, zum Beispiel eine kabellose Übertragung mittels Laser oder Höchstfrequenz. Oder die Energie müsste gespeichert werden und in chemischer Form - etwa als Wasserstoff - transportiert werden. Der Bau globaler und orbitaler Energienetze ist sowohl von Konzernen und Banken, aber auch von Ingenieuren abhängig, jedenfalls bis es ausgereifte Nanotechnologie gibt.
Raumfahrt & die irdische Energiekrise
Raumfahrt hat das Potenzial, die irdische Energiekrise zu entschärfen oder sogar gänzlich zu lösen, etwa mittels Lichtspiegeltechnik (LST), also das Sonnenlicht umlenkende Spiegel, und Energiesatelliten, eventuell in Verbindung mit der Wasserstofftechnik und Brennstoffzellen und mit Zimmertemperatur-Supraleitern. Umlenkspiegel würden den diversen irdischen Solarenergieanlagen (Sonnenkollektoren, Solarzellen) dann zusätzliches Sonnenlicht vor allem über einen längeren Zeitraum zustrahlen und so deren Effektivität steigern. Mit derart verstromter Sonnenenergie ließe sich Wasser durch Elektrolyse aufspalten, der Wasserstoff transportieren und in den Brennstoffzellen wieder verstromen. Weltraumgestützte Solar-Energiesatelliten würden den irdischen Empfangsantennen dementsprechend Mikrowellen oder Laserstrahlen zustrahlen, die dann verstromt werden. Mit der so gewonnenen elektrischen Energie ließen sich wiederum Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, somit die Sonnenenergie speichern und über Brennstoffzellen wieder verstromen. Zimmertemperatur-Supraleiter ermöglichen den verlustlosen Stromtransport, ohne - wie der Name schon sagt - Kühlung, da die "Sprungtemperatur" bei Zimmertemperatur liegt, also um rund 20°C. (Wobei im Weltraum selbst keine Kühlung notwendig ist. Auf der Nachtseite des Mondes z.B. liegen die Temperaturen bei -130°C, nach anderen Quellen sogar bei -173°C.)
Vielleicht erfolgt die globale Elektrizitätsversorgung ausschließlich mit irdischen Solar-Kraftwerken? Die Sonne strahlt gut 8000 mal so viel Energie auf die Erde, wie wir sie zur Zeit verbrauchen; 7 große solarthermische Kraftwerke am Äquator (siehe "Desertec") könnten 23.000 Terawattstunden auf 4,7% der Wüstenflächen oder fast 0,05% der gesamten irdischen Landmasse erzeugen. Ein 82.000 km langes Gleichstrom-Hochspannungsnetz würde den Strom für 0,29 US-Dollar (2007) pro kWh zu den Verbrauchen liefern.
Als eine Alternative zu irdischen Sonnenkraftwerken bieten sich satellitengestützte Sonnenkraftwerke an. Auf der Erde nehmen Sonnenkraftwerke viel Platz ein, da die Sonnenenergie nicht sehr konzentriert ist; im Weltraum dagegen sind Kollektoren niemandem im Weg. Ein weiterer Vorteil ist der, dass sie nachts nicht abgeschaltet werden müssen und die Sonnenstrahlung in voller Stärke und in einem breiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums genutzt werden kann. Im Weltraum bringt das Solar-Kraftwerk ca. die 5fache Leistung und, falls es schattenfrei bleibt, ein fast konstantes Energieangebot. Sind die Fragen des Transports, der Montage und seiner Wartung wie die der Energielieferung zur Erde geklärt, steht seiner Verwirklichung nichts mehr im Wege. Entweder verwendet das Kraftwerk Spiegel-Verdampfer- und Turbinen-Generator-Systeme oder Fotozellen. Teilweise wird er im Erdschatten, auch im Mondschatten liegen, die zu Abkühlungen und damit auch zu gewissen Strukturproblemen führen könnten. Durch die Schwerelosigkeit wird die Trägerstruktur nicht belastet - außer durch die Eigenmasse, die aber vernachlässigbar klein ist und somit nicht zusammenbrechen kann.
Solarpaneele oder auch "Solar Power Satellites" - SPS (Solarkraft-Satelliten) im geostationären Orbit (GSO) wandeln Sonnenlicht mittels Fotovoltaik in Elektrizität um und strahlen diese über Mikrowellen zur Erde. Da der Umwandlungsgrad von Mikrowellen in Strom bei 80% liegt, wird pro Flächeneinheit 2 bis 4mal mehr Energie "erzeugt" als bei der Umwandlung von Tageslicht in Strom, wobei die Atmosphäre etwas Energie absorbiert und in Wärme umsetzt. Die Mikrowellen sind schon in der Atmosphäre soweit divergiert, dass eine Brand-beziehungsweise Verletzungsgefahr ausgeschlossen ist. Weiterhin lässt ein Sicherheitssystem den Strahl zerstreuen, falls er nicht mehr auf die Antenne ausgerichtet ist. Erfolgt die drahtlose Energieübertragung mit Laser statt mit Mikrowellen, ist die Bündelung noch besser und die Anlage wird leichter und damit billiger. Die die ins All zu transportierende Masse verringert sich erheblich, da die Antennen 50mal kleiner werden, jedoch sinkt der Wirkungsgrad bei der Umwandlung. Die Energieübertragung per Mikrowellen ist Lasern überlegen, da große Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Laserenergie auftreten und Laserstrahlen wetterabhängig sind.
Um auf der Erde Strom im Gigawatt-Bereich zu erhalten, werden derartige orbitale Strukturen über 10 km² groß sein. Außerdem umfassen sie Systeme zur verlustarmen oder -freien Umwandlung der erzeugten Gigawatt-Leistung (elektrisch) und eine gut 1 km große Mikrowellenantenne mit einigen 105phasenkorrellierten Magnetrons. Die "Rectenna", die Empfangsantenne auf der Erde, wird mit vielen Dipolen bestückt sein und gut 100 km² groß sein; die Strahlungsenergiedichte wird aus Sicherheits- und Gesundheitsgründen maximal 200 W/m² betragen. Gegebenenfalls ließe sich das Land unter der Empfangsantennenfarm landwirtschaftlich nutzen. Auch wenn Energiesatelliten nicht viel wirtschaftlicher als Schnelle Brüter sein sollten, wären sie doch sicherer als diese und in Zeiten der vor allem deutschen Anti-Kernkraftstimmung (Hauptsache Strom kommt aus der Steckdose) sollten sie auf jeden Fall eine Alternative sein - die Kosten wären durch einen Ölkrieg weniger schnell rausgeholt. 10 Energiesatelliten liefern bei je 30jähriger Arbeitszeit 10 bis 32mal mehr Energie, als zu ihrer Entwicklung und zu ihrem Betrieb nötig sind. Statt die Einzelteile mit Raketen hochzuschießen, könnte man sie auch mit einem Lift oder mit einem rotierenden Seil hochbefördern... Es wird sowieso längst Zeit, eine Alternative zur Rakete zu entwickeln. Weltraumspiegel beziehungsweise Umlenkspiegel wie "Soletta" oder "Lunetta" könnten große irdische Kraftwerke in abgelegenen Gegenden, wo Umweltbelastung unkritisch ist, mit Energie versorgen, die den Strom ihrerseits ohne hohe Verluste über transkontinentale Entfernungen hinweg eventuell drahtlos über Mikrowellen oder über Supraleiter transferieren. Deren Kosten wären vergleichbar mit denen von Solar-Kraftwerken. Man könnte einen Sonnenenergiesatelliten auch auf eine polnahe, ewige Sonnenbahn bringen, bräuchte dann aber einen oder mehrere geostationäre Energiereflektoren. Soletta wäre ein glatter optischer Spiegel auf geostationärer Bahn, der Sonnenschein immer an die gleiche Stelle auf der Erde reflektiert, an der ein dauernd arbeitsfähiges Solar-Kraftwerk gebaut wird. Der von Soletta erzeugte minimale Lichtfleck hat 320 km Durchmesser. Lunetta ließe sich einsetzen, um Städte, Schifffahrtswege usw. in der Nacht zu beleuchten. Es wäre ein nur 500 m x 300 m großer Lichtspiegel in geostationärer Bahn; sein 320 km großer Lichtfleck würde auf der Erde Vollmondbedingungen schaffen. Soletta und Lunetta wurden von Hermann Julius Oberth (* 25. Juni 1894 † 28. Dezember 1989) erdacht und von Krafft Arnold Ehricke (* 24. März 1917 † 11. Dezember 1984) verbessert. Das "Solar Tower"-Konzept sieht zum Beispiel einen zentralen 15 km langen Mast vor, an dem 120 quadratische Solarsegel mit je 150 m Kantenlänge paarweise befestigt sind; jedes Paar erzeugt 7,4 MW Strom, den ein supraleitendes Kabel im Zentralmast zur Mikrowellenantenne leitet. Die 1 km große Antenne besteht aus 400.000 Magnetrons von etwa 1 kW Leistung; damit sie sich nicht gegenseitig neutralisieren, müssen sie in Phase schwingen. 450 MW elektrischer Strom könnten damit produziert werden, von denen nach Umwandlungsverlusten noch 275 MW genutzt werden können. Mit 1870 solcher Kraftwerk-Satelliten und 103 Empfangsstationen ließe sich der auf 515 GW geschätzte Strombedarf Europas 2020 komplett aus dem All decken. Wenn der Weltraumfahrstuhl gebaut wird, wird nicht nur der Bau der Energiesatelliten viel billiger, sondern er kann die Satellitenenergie in Hohl- oder Supraleitern zur Erde bringen; mit ihr ließen sich auch die Fahrstühle antreiben. Hat die Weltraumindustrialisierung dereinst große Dimensionen erreicht, könnte deren Anlagen und Maschinen die Energie von Solarenergiesatelliten geliefert werden; die Erde wäre von den Zuleitungsproblemen entlastet. Raumschiffe und vielleicht hochfliegende Flugzeuge könnten ihre Energie zukünftig von Satelliten-Kraftwerken eventuell per Laser beziehen und würden dadurch einfacher, billiger und leistungsfähiger. Durch modulare Bauweise können die Einzelkomponenten in kostengünstiger Massenproduktion hergestellt werden, außerdem können die Module schon während ihrer Montage, die größtenteils durch Roboter erfolgt, Energie liefern und sich bezahlt machen. Fallen die Transportkosten der Bauteile usw. in den GSO von zur Zeit 40.000 US-Dollar (2007) pro kg auf 500 US-Dollar pro kg, wären weltraumgestützte Sonnenkraftwerke konkurrenzfähig. Fotozellen könnten in Massenproduktion viel billiger werden, Entwicklungskosten fallen beim 2. Energiesatelliten nicht mehr an und auch dessen Fertigungszeit ist kürzer und damit billiger. Werden