Forscher der Civil Aviation University of China haben einen Drohnen-Prototyp entwickelt, der über einen Laserstrahl vom Boden aus mit Energie versorgt wird. Das System könnte die Flugzeit von unbemannten Fluggeräten drastisch verlängern – und in bestimmten Einsatzszenarien sogar einen Dauerbetrieb ermöglichen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Matter & Light“ veröffentlicht.
Die Akkulaufzeit ist für viele Drohnen ein limitierender Faktor. Feuerwehr und Rettungsdienste setzen die Fluggeräte inzwischen regelmäßig ein, etwa bei Waldbränden in Frankreich. Sie liefern Einsatzkräften ein schnelles Lagebild, entdecken Brandherde oder suchen nach Vermissten. Doch ihre Zeit in der Luft bleibt begrenzt. Das Problem liegt in der Energiedichte der Batterien, die weit unter der von Treibstoffen liegt. Zusätzlich muss ein Teil des Stroms dafür verwendet werden, das Gewicht des Akkus zu tragen. „Da Drohnen immer längere Einsätze absolvieren, ist die Akkulaufzeit zu einem der größten Hindernisse geworden“, sagt Jianhua Han.
Warum die Akkulaufzeit zum Hindernis wird
Der Ansatz des chinesischen Teams besteht darin, die Energie nicht mitzuführen, sondern gezielt per Lichtstrahl zu übertragen. Dafür wird an der Drohne ein Empfänger montiert, der das Laserlicht in elektrischen Strom umwandelt – nach dem Prinzip einer Solarzelle, aber für eine spezifische Laserwellenlänge optimiert. Als Material dient Perowskit, eine preiswerte Verbindung mit besonderer Kristallgitterstruktur. Der so erzeugte Strom treibt direkt einen elektrischen Propeller an.
Bei der Energieübertragung entsteht Wärme, die der Zelle zusetzen kann. Aus diesem Grund verfügt der Empfänger über eine zusätzliche thermoelektrische Schicht, die Hitze direkt in Strom umwandelt. Die Konstruktion nutzt außerdem den Luftstrom des Propellers beziehungsweise den Fahrtwind, um die Zelle zu kühlen. Nach Angaben der Autoren erreicht die Zelle so einen Wirkungsgrad von fast 40 Prozent – ein vergleichsweise hoher Wert für die Umwandlung von Laserlicht in elektrische Energie.
So funktioniert der Laser-Empfänger
Bisher handelt es sich um einen Laboraufbau; geflogen ist der Prototyp noch nicht. Die grundsätzliche Machbarkeit eines Dauerflugs per Laser haben jedoch schon andere Teams nachgewiesen. Bereits 2010 gelang es einem Start-up aus München, einen Quadrokopter mithilfe eines Laserstrahls mehr als zwölf Stunden in der Luft zu halten. Die Bedingungen waren allerdings ebenfalls auf das Labor beschränkt.
Näher an der Realität war ein Test im April dieses Jahres: Das US-Unternehmen Powerlight Technologies meldete, dass es eine militärische Flügel-Drohne in bis zu 1500 Metern Höhe per Infrarot-Laser mit Energie versorgen konnte. Damit zeigte sich, dass die Technologie grundsätzlich auch in relevanten Flughöhen arbeitet.
Vom Labor in die Luft: Erste Flüge mit Laserstrom
Besonders für militärische Anwendungen könnte die Laserversorgung wichtig werden. Im Ukraine-Krieg übernehmen Drohnen bereits zentrale Aufgaben bei der Aufklärung und als lenkbare Bomben. Eine unbegrenzte Flugzeit würde neue Möglichkeiten für Aufklärungsmissionen oder Überwachungsflüge eröffnen. Powerlight Technologies hat den Test deshalb ausdrücklich für das US-Militär durchgeführt.
Doch auch zivile Nutzer könnten profitieren. Die Drohnenhersteller und Forschungsteams zielen auf Aufgaben wie die Inspektion von Wäldern, die Überwachung von Katastrophengebieten oder die Paketzustellung. Gerade bei Waldbränden, wie sie in Frankreich immer wieder auftreten, müssen Drohnen lange einsatzfähig bleiben, ohne für Ladezyklen zu landen. Jianhua Han beschreibt die Perspektive so: „Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der Drohnen, die Wälder inspizieren, Katastrophen überwachen oder Pakete ausliefern, nicht mehr regelmäßig landen müssen, um ihre Akkus zu wechseln.“
Militär und Rettung: Wo unbegrenzte Flugzeit zählt
Bevor die Lasertechnik in den regulären Betrieb geht, müssen noch einige Hürden überwunden werden. Die größte ist die Nachführung des Strahls: Die Drohne bewegt sich, und der Laser muss sie dabei präzise treffen. Zudem ist eine freie Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig; Nebel, Wolken oder Regen können die Energieübertragung stören. Han und sein Team planen als nächsten Schritt einen Flugtest, um diese Herausforderungen im Praxiseinsatz zu untersuchen.
„Unsere Arbeit zeigt, dass es möglich ist, Flugzeuge mit Licht zu betanken“, sagt Han. Der Weg bis zur Anwendung sei noch weit, aber er hoffe, dass die Forschung einen „Ausgangspunkt für die zukünftige Entwicklung“ darstellt. Die Ergebnisse aus China und die Testreihen in den USA legen nahe, dass die Energieversorgung per Laser ein ernst zu nehmender Weg sein könnte, um die Grenzen der Akkutechnik zu überwinden.
