Energieversorgung per Laser 16.11.2018, 14:23 Uhr

Drohnen-Akkus werden im Flug aufgeladen

Per Laserstrahl transportieren US- und Schweizer Forscher die von Drohnen benötigte Energie in die Luft. Er trifft Solarzellen, die Strom für die Bordbatterien erzeugen. Militärische und zivile Einätze sind möglich.

Drohne fliegt über einen See und wird von Laser vom Boden angestrahlt

Solarzellen an der Unterseite der Drohne sollen die Laserstrahlen auffangen.

Foto: LakeDiamond

Forscher in den USA und in der Schweiz haben unabhängig voneinander Ladegeräte für Drohnen entwickelt. Das Besondere daran: Die Bordakkus werden während des Fluges aufgeladen – die Drohnen müssen also nicht landen. Das erhöht ihre Reichweite und vor allem die Dauer ihres Einsatzes als Beobachter. Etwa wenn sie nach einer Naturkatastrophe  die Umgebung scannen.

Laser ist ungefährlich für Augen und Haut

Beide Teams setzen auf Solarzellen, die an der Unterseite der Drohnen befestigt sind. Die Experten der Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa), der Forschungseinrichtung des US-Verteidigungsministeriums, setzen Hochleistungszellen ein, wie sie auch in der Raumfahrt genutzt werden. Die Schweizer des Unternehmens Lake Diamonds begnügen sich mit konventionellen Zellen.

Beide regen die Solarzellen vom Boden aus mit Laserstrahlen an, sodass sie Strom erzeugen. Dieser fließt in die Bordbatterien. Während die Amerikaner sichtbares Licht einsetzen, haben sich die Schweizer zuvor Gedanken über die Sicherheit gemacht. Sie nutzen Laserlicht einer Frequenz, das ungefährlich ist für Augen und Haut. Beide nutzen ein Zielverfolgungssystem, das den Laser stets so ausrichtet, dass der Strahl die Solarzellen optimal trifft.

Silent Falcon muss nie mehr landen

Nicht nur die Frequenz ist bei beiden Ladegeräten unterschiedlich, sondern auch die Größe. Während die Schweizer kleine Drohnen einsetzen, die lediglich eine Kamera oder einen ähnlichen Sensor schleppen können, setzen die Amerikaner auf die fast zwei Meter lange „Silent Falcon“, ein unbemanntes Flugobjekt, das von Haus aus mit Dünnschicht-Solarzellen und einer Lithium-Polymer-Batterie ausgestattet ist.

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Entwickelt wurde sie von dem zivilen Unternehmen Silent Falcon UAS Technologies aus Albuquerque im US-Bundesstaat New Mexico. Über ihren ersten Praxistest haben wir 2014 berichtet. Die Darpa-Ingenieure beklebten für ihre Entwicklung zusätzlich den Bauch der Drohne mit Solarzellen. Bei Sonnenschein bleibt die Silent Falcon dank der Zellen auf den Flügeln bis zu fünf Stunden in der Luft. Mit der Darpa-Zusatzausstattung muss sie im Prinzip nie mehr landen.

Laser-Tankvorgang in 100 Metern Höhe

„Wir glauben, dieses Projekt wird zeigen, dass Drohnen und andere unbemannte Fluggeräte, die ihre Energie aus Batterien beziehen, aus der Ferne mit Strom versorgt werden können, damit sie ihre Mission zu Ende bringen können, auch wenn es sehr lange dauert“, sagt Darpa-Manager Joseph A. Abate. Da die Drohnen in einer Höhe von 100 Metern fliegen können und nahezu lautlos unterwegs sind, lassen sie sich nicht allzu leicht entdecken. Sie ist daher in erster Linie als Beobachter in Kampfgebieten vorgesehen.

Doch die Militärs denken auch daran, sie für zivile Zwecke zu nutzen, etwa um Waldbrände zu beobachten. Die Drohne könnte der Feuerwehr wertvolle Hinweise darauf geben, in welche Richtung sich ein Brand ausdehnt und welche Ansiedlungen gefährdet sind. Bisher leistet die US-Luftwaffe diese Aufklärungsarbeit.

Mit Feuerwehr-Drohnen und Echtzeitbildern beschäftigt sich auch die TU München

Synthetischer Diamant formt den perfekten Strahl

Die Schweizer nehmen für sich in Anspruch, mit besonders geringer Laserleistung auszukommen. Das gelingt, weil der Strahl über eine weite Entfernung scharf gebündelt bleibt, also nicht zerfasert, wodurch seine Energie teilweise verpuffen würde. Diese Bündelung gelingt mit einem kleinen künstlichen Diamanten. Den hat Lake Diamond entwickelt, ein junges Unternehmen, das aus der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) heraus gegründet wurde.

Der Diamant wird mit einer Technik namens chemische Gasabscheidung im Vakuum hergestellt, also Schicht für Schicht aufgebaut. Anschließend ätzen die Schweizer Forscher bestimmte Muster hinein. Im Labor funktioniert das Ladegerät bereits. Für den Praxiseinsatz sind allerdings noch Entwicklungsarbeiten nötig.

Laser-Stromversorgung für Satelliten?

Das Schweizer Staatssekretariat für Bildung und Forschung, das die Raumfahrtinteressen des Landes vertritt, hat das Projekt bereits auf eine Liste mit förderwürdigen Vorhaben gesetzt. Langfristig könnte die Technik sogar genutzt werden, um Satelliten vom Boden aus mit Energie zu versorgen und Daten aus dem All zur Erde zu übermitteln, glauben die Lake-Diamond-Forscher.

 

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Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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