Wenn Sie in einer kalten Nacht am 5. Februar 1993 in Europa in den Himmel geschaut haben, besteht die Möglichkeit, dass Sie einen gesehen haben schwacher Lichtblitz. Dieser Blitz kam von einem russischen Weltraumspiegelexperiment namens Znamya-2.
Znamya-2 war eine 20 Meter hohe reflektierende Struktur, die einer Aluminiumfolie ähnelte (Znamya bedeutet auf Russisch „Banner“) und von einem Raumschiff aus entfaltet wurde, das gerade von der russischen Raumstation Mir abgedockt hatte. Ziel war es zu zeigen, dass Sonnenenergie vom Weltraum zur Erde reflektiert werden kann.
Dies war das erste und einzige Mal, dass ein Spiegel zu diesem Zweck in den Weltraum geschossen wurde. Aber drei Jahrzehnte später glauben meine Kollegen und ich, dass es an der Zeit ist, diese Technologie noch einmal zu überdenken.
Im Gegensatz zu Vorschlägen, Solarkraftwerke im Weltraum zu bauen und Energie auf die Erde zu übertragen, würde die gesamte Erzeugung immer noch hier unten stattfinden. Entscheidend ist, dass diese Reflektoren dazu beitragen könnten, dass Solarparks auch dann Strom erzeugen, wenn kein direktes Sonnenlicht verfügbar ist, insbesondere in den Abend- und frühen Morgenstunden, wenn die Nachfrage nach sauberer Energie am größten ist. Kollegen und ich nennen dieses Konzept „umlaufende Solarreflektoren“.
Der bahnbrechende Raketenwissenschaftler Hermann Oberth erkannte bereits 1929 das Potenzial, als er vorgesehene Reflektoren im Weltraum Weiterleitung des Sonnenlichts zur Beleuchtung großer Städte und Schiffsrouten. Er sagte voraus, dass diese Reflektoren sehr groß, dünn und ultraleicht sein würden und von Astronauten in Tauchanzügen im Weltraum gebaut würden.
Kollegen und ich haben kürzlich eine veröffentlicht Papier in dem wir die Möglichkeit untersuchten, Solarreflektoren in naher Zukunft zu umkreisen. Wir glauben, dass Oberths Vision jetzt dank aufstrebender Technologien wie Roboter-Raumfahrzeugen, die Strukturen im Weltraum herstellen und zusammenbauen können, realisierbar sein könnte. Die Reflektoren und anderen Materialien, die zum Bau solch großer Strukturen erforderlich sind, könnten von modernen Raketen wie dem kolossalen Starship von SpaceX abgefeuert werden.
Jedes Mal, wenn ein Reflektor über einen Solarpark fährt, könnte er sich ausrichten, um den Solarpark und seine unmittelbare Umgebung zu beleuchten. Jeder „Durchlauf“ würde den „Tag“ des Solarparks und damit seine Stunden der Stromerzeugung verlängern.
Wenn der Reflektor den Solarpark nicht mehr beleuchten kann, kann er so gedreht werden, dass er mit der Kante zur Sonne ausgerichtet ist und kein Licht auf den Boden reflektiert wird. Aus diesem Grund gehen wir davon aus, dass die potenzielle Störung bodengestützter astronomischer Beobachtungen minimal sein wird.
Beleuchten Sie einen Bereich von 10 km
Da die Reflektoren 900 km über uns kreisen – etwa doppelt so hoch wie die Internationale Raumstation – schätzen wir, dass der beleuchtete Bereich auf der Erde am hellsten einen Durchmesser von etwa 10 km haben würde. Daher würde ein solches System nicht auf einzelne Solarmodule auf Dächern abzielen, sondern auf große Solarparks, die typischerweise abseits bewohnter Gebiete liegen.
Jeder Durchgang würde die Energieerzeugung um etwa 15 bis 20 Minuten um die Morgen- oder Abenddämmerungsstunden verlängern. Dies ist wichtig, da in diesen Stunden der Strombedarf am höchsten ist und häufig die durch Wind- und Solarenergie erzeugte Menge übersteigt, sodass zum Ausgleich Kohle- und Gaskraftwerke eingesetzt werden. Reflektoren können daher dazu beitragen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren, ohne dass tagsüber Energie gespeichert werden muss.
Diese Reflektoren wären hoch genug, um mehrere Solarparks auf derselben Umlaufbahn zu versorgen. Ihre Umlaufbahnen könnten sogar dazu genutzt werden, Hinweise darauf zu geben, wo in besonders sonnenreichen Regionen neue Solarparks gebaut werden sollten.
Unser Vorschlag verwendet sechseckige Reflektoren mit einer Seitenlänge von 250 Metern. Jeder wiegt etwa 3 Tonnen. Derzeit würde es einige tausend US-Dollar pro Kilogramm kosten, so etwas ins All zu befördern, wobei die Kosten tendenziell sinken. Wenn die Kosten auf ein paar Hundert US-Dollar pro Kilo gesenkt werden, können wir davon ausgehen, dass umlaufende Reflektoren innerhalb weniger Jahre rentabel sein werden.
Wir gehen davon aus, dass diese Reflektoren 20 bis 30 Jahre lang funktionieren, obwohl der CO2-Fußabdruck eines solchen Systems schwer abzuschätzen ist, da die Entwicklung, der Bau und der Betrieb von Raumfahrzeugen im Allgemeinen viel Zeit in Anspruch nehmen. Um eine vollständige Ökobilanz zu erstellen, sind weitere Untersuchungen erforderlich. Auf lange Sicht gehen wir jedoch davon aus, dass die Reflektoren dazu beitragen werden, genügend saubere Energie zu erzeugen, um ihren CO2-Fußabdruck zu übertreffen.
Keine Nacht mehr?
Drei Tage nachdem die Nachricht vom Znamya-2-Experiment in der New York Times veröffentlicht wurde, schrieb ein Leser an den Herausgeber und fragte sich, ob wir das tun würden Gib unsere Nächte auf. Die kurze Antwort ist nein.
Wir gehen davon aus, dass die Beleuchtungsstärke selbst im hellsten Zustand pro Reflektor nur wenige Minuten anhält Die bewölkte Tagesgrenze darf nicht überschritten werden. Dies bedeutet, dass die Beleuchtung die meiste Zeit möglicherweise gar nicht wahrnehmbar ist, es sei denn, Sie befinden sich in unmittelbarer Nähe des Solarparks, insbesondere in der Morgen-/Abenddämmerung, wenn der Himmel im Vergleich zur Nacht bereits recht hell ist.
Wie das funktionieren könnte. Bildnachweis: Andrea Viale, Universität Glasgow
Wir schätzen auch, dass der Reflektor selbst mit bloßem Auge nicht sichtbar wäre, es sei denn, Sie befinden sich in der Nähe des Solarparks. Diese Schätzungen deuten darauf hin, dass die Auswirkungen dieser Reflektoren auf die natürliche Umgebung rund um den Solarpark möglicherweise ebenfalls minimal sind, obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Wenn die Reflektoren alt sind oder nicht mehr benötigt werden, könnten sie mit Sonnenlicht in weniger überlastete höhere Umlaufbahnen oder in eine niedrigere Umlaufbahn „segeln“, um dort sicher zu verbrennen.
Umlaufende Sonnenreflektoren sind noch in weiter Ferne. Aber sie stellen eine Möglichkeit dar, die Raumfahrt- und Energiesektoren zu verbinden, um den Übergang zu sauberer Energie zu beschleunigen und den Klimawandel zu bekämpfen.
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