Einem Team der Xidian-Universität in Xi'an ist ein bedeutender Durchbruch bei der drahtlosen Energieübertragung gelungen: In Bodentests des Projekts „Zhuri“ („Jagd nach der Sonne“) übertrugen sie erfolgreich eine Leistung von 1180 Watt mittels Mikrowellenstrahl über eine Distanz von mehr als 100 Metern. Dabei lag der Wirkungsgrad der Übertragungskette von Gleichstrom zu Gleichstrom bei 20,8 Prozent, während die Sammeleffizienz des Strahls 88 Prozent erreichte – Werte, die einen deutlichen technologischen Fortschritt belegen.
Das Besondere an diesen Versuchen ist der Übergang von einer starren Übertragung auf ein einzelnes Ziel hin zu einem dynamischen System, das mehrere bewegliche Objekte gleichzeitig versorgen kann. Dies ist für die praktische Anwendung entscheidend, da Satelliten und Bodenfahrzeuge ständig ihre Position ändern. In einem separaten Test empfing eine Drohne, die mit 30 km/h in 30 Metern Entfernung flog, stabil 143 Watt – ein Beweis dafür, dass das System die Präzision der Strahlnachführung selbst bei Zielbewegungen beibehält. Der Aufbau umfasst einen 4,8 Meter großen Spiegel auf einem 75 Meter hohen Turm, Solarpanels, einen Mikrowellenkonverter sowie eine Empfangsantenne (Rectenna), die unter der Leitung von Duan Baoyan von der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften entwickelt wurde.
Zum Vergleich: Im Jahr 2022, als das weltweit erste vollständige Verifikationssystem der gesamten Kette – von der Konzentration des Sonnenlichts bis zur Rückgewinnung von Elektrizität am Empfänger – fertiggestellt wurde, lag der Wirkungsgrad noch bei lediglich 15,05 Prozent. Die nun innerhalb von vier Forschungsjahren erzielte Effizienzsteigerung um ein Drittel deutet auf einen beschleunigten wissenschaftlichen Fortschritt hin, auch wenn der Weg in den Orbit noch gewaltig ist.
Um die Größenordnung der Aufgabe zu verstehen: Die Distanz zur geostationären Umlaufbahn in 36.000 Kilometern Höhe ist millionenfach größer als die 100 Meter des Labortests. Es wird notwendig sein, die Empfangs- und Sendeantennen auf Zehner oder Hunderte von Metern zu vergrößern, eine präzise Strahlführung durch die turbulente Atmosphäre über Tausende von Kilometern zu gewährleisten, die Gesamteffizienz des Systems erheblich zu steigern und kritische Fragen der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit unter Weltraumbedingungen zu lösen. Kosten und Zeitplan für den Einsatz einer Orbitalstation stehen noch nicht fest, obwohl China offiziell das Jahr 2030 als Ziel für erste Tests im Megawatt-Bereich im Weltraum genannt hat.
Das Funktionsprinzip des Systems klingt einfach, ist aber komplex in der Umsetzung. Spiegel konzentrieren das Sonnenlicht auf Silizium-Panels, die Gleichstrom erzeugen; anschließend wandeln Festkörper-Konverter diesen in Mikrowellen im Zentimeterbereich um, die zu einem schmalen Strahl gebündelt und auf den Empfänger gerichtet werden. Auf der Empfängerseite wandelt eine spezielle Rectenna die Radiowellen wieder in Elektrizität um. Mikrowellen wurden nicht zufällig gewählt: Sie durchdringen die Erdatmosphäre mit geringeren Verlusten als Infrarotstrahlung oder sichtbares Licht, was für die Energieübertragung aus dem Weltraum zur Erde entscheidend ist.
Das Projekt basiert auf der OMEGA-Architektur, die das Team um Duan Baoyan im Jahr 2014 vorschlug. Diese Architektur nutzt sphärische Prinzipien zur Konzentration des Sonnenlichts und ein modulares Design, sodass die Komponenten im Weltraum wie ein Baukasten zusammengesetzt werden können. Eine in den letzten Jahren entwickelte dezentrale Version von OMEGA löst Skalierungsprobleme und vermeidet einen „Single Point of Failure“ in der orbitalen Konstruktion.
Dieser Erfolg bestätigt zwar reale Fortschritte bei der Bodenverifizierung einzelner Komponenten, bedeutet jedoch nicht die unmittelbare Nähe einer kommerziellen Orbitalstation. Die zentralen technischen Herausforderungen – die Vergrößerung der Antennen um das Hundertfache, die Strahlsteuerung durch die Atmosphäre über enorme Entfernungen, die Steigerung des Gesamtwirkungsgrads und die Gewährleistung der Zuverlässigkeit im All – bleiben ungelöst. Im Vergleich zu den Bodentests von 2022 ist die energetische Verbesserung spürbar, stellt aber nur eine Etappe auf einem langen Weg dar. Der konkrete Effizienzzuwachs auf hundert Metern zeigt, dass die Optimierung einzelner Glieder der Kette voranschreitet, doch deren Integration in ein einheitliches Orbitalsystem wird technische Durchbrüche erfordern, die derzeit noch nicht absehbar sind.
