Ein Laser versorgt in New Mexico einen 8,6 Kilometer entfernten Empfänger, der daraus mehr als 800 Watt elektrische Leistung bereitstellt. Der Versuch zeigt, wie sich Energie über große Entfernungen ohne eine durchgehende Leitung transportieren lässt. Gemessen wurde eine kurze Übertragung zwischen zwei feststehenden Anlagen. Der Weg zur nutzbaren Elektrizität führt dabei durch eine kleine Öffnung, hinter der eine ungewöhnliche Konstruktion wartet.
Bei einem Versuch im April 2025 stellte ein Laser über 8,6 Kilometer hinweg mehr als 800 Watt elektrische Leistung am Ziel bereit. Dort verwandelten Solarzellen das ankommende Licht in Strom, während der Sender auf dem Testgelände White Sands Missile Range in New Mexico stand. Die amerikanische Forschungsbehörde DARPA meldete diesen Wert für eine Übertragung über eine halbe Minute. Das Experiment gehörte zum POWER Receiver Array Demo, kurz PRAD, und untersuchte einen eigens dafür gebauten optischen Empfänger.
Alex Grede, Elektroingenieur am Naval Research Laboratory, und der Forschungsphysiker Justin Lorentzen wirkten an der messtechnischen Überprüfung des Versuchs mit. Für das Militär verbindet sich damit eine konkrete Frage: Wie gelangt Energie zu abgelegenen Einsatzorten, ohne ständig zusätzlichen Treibstoff anzuliefern? Fahrzeuge müssen solche Lieferungen transportieren, Menschen begleiten sie, und am Ziel benötigen Generatoren weiter Nachschub. Lorentzen nennt die Entlastung dieser Versorgung als Motivation der Arbeit; auch bei Katastrophen können schwer erreichbare Verbraucher von einer zusätzlichen Energieverbindung profitieren.
Durch den silbernen Ring in der Mitte des Empfängers tritt der Strahl in einen Hohlraum hinter der Front ein. Dort trifft er auf einen Parabolspiegel, der ihn auf Dutzende innen angeordnete Photovoltaikzellen zur Stromgewinnung verteilt. Von außen fallen die breite graue Verkleidung, ihre verschraubten Segmente und rote Kabelschlaufen am Umfang auf. Die kompakte Eintrittsöffnung begrenzt zugleich, wie viel des bereits eingefangenen Lichts wieder aus dem Empfänger austreten kann.
Teravec Technologies entwickelte das Gerät unter Leitung von Raymond Hoheisel gemeinsam mit Packet Digital und dem Rochester Institute of Technology. Nach Angaben des Herstellers entstand der Demonstrator innerhalb von drei Monaten. Sein modularer Aufbau soll sich für Anwendungen zwischen 10 und 100 Kilowatt erweitern lassen. Diese Spanne beschreibt die angestrebte Ausbaubarkeit; wie gut größere Ausführungen arbeiten, müssen entsprechende Versuche mit den tatsächlich vergrößerten Geräten erst zeigen.
Am Rochester Institute of Technology arbeiten Wissenschaftler außerdem an einem eigenen Forschungsprojekt für gezielt auf Laserlicht abgestimmte Halbleiterwandler. Ihre Mehrfachübergangszellen werden für eine bestimmte infrarote Wellenlänge entwickelt, auf die sich der Aufbau der lichtempfindlichen Schichten gezielt abstimmen lässt. Die Wahl von Lichtquelle und Empfangsmaterial gehört dabei zusammen, weil der Halbleiter die eintreffende Strahlung möglichst gut in elektrische Energie umsetzen soll. Dieses separate Projekt untersucht Anwendungen in der Raumfahrt; die konkrete Wellenlänge und Zellzusammensetzung des PRAD-Rekordempfängers werden dadurch nicht festgelegt.
Laserlicht bietet für mobile Systeme einen weiteren konstruktiven Vorteil, weil sich gerichtete Energie mit vergleichsweise kleinen Sendern und Empfängern übertragen lässt. Die Forscher in Rochester untersuchen zudem, wie sich Stromaufnahme und optische Datenkommunikation in gemeinsamen Bauteilen verbinden lassen. Würde derselbe Aufbau beide Aufgaben übernehmen, könnten Fahrzeugentwickler Gewicht, Platzbedarf und zusätzliche Komponenten sparen. Als Einsatzort betrachten die Wissenschaftler dauerhaft verschattete Mondkrater, in denen ein Erkundungsfahrzeug seine Energie gewöhnlich aus mitgeführten Speichern beziehen müsste.
Auf kürzeren Teststrecken verglich das PRAD-Team die optische Leistung am Laserausgang mit der elektrischen Leistung, die der Empfänger bereitstellte. Wie viel Strom die Laseranlage selbst dafür aufnahm, gehört zu einer zusätzlichen Bilanz, die auch den Sender berücksichtigen muss. Für die Rekorddistanz veröffentlichte DARPA keine entsprechende Angabe zum Wirkungsgrad, weshalb sich daraus noch keine Kosten einer dauerhaft betriebenen Versorgung ableiten lassen. Über die gesamte Versuchskampagne kamen mehr als ein Megajoule übertragene Energie zusammen; einen Teil davon verwendete das Team anschließend zur Herstellung von Popcorn.
Wolken und Niederschlag stellen eine andere Hürde dar, weil sie den optischen Weg zwischen einer Bodenstation und ihrem Empfänger beeinträchtigen können. Schon die NASA beschrieb im Zusammenhang mit früheren Laserflugversuchen Konzepte mit mehreren räumlich verteilten Bodenstationen, zwischen denen ein System bei ungünstigem Wetter wechseln könnte. Auch eine passende Wellenlänge kann helfen, Verluste in der Atmosphäre zu verringern. Für einen verlässlichen Dienst zählen folglich neben der Leistung im klaren Strahlweg auch erreichbare Betriebszeiten und geeignete Ausweichverbindungen.
Forscher der Sejong University um Jinyong Ha demonstrierten eine andere Größenordnung bei einer optischen Energieübertragung über 30 Meter. Ihr Versuchsaufbau lieferte 400 Milliwatt Lichtleistung an einen Empfänger und erzeugte damit genügend elektrische Leistung für kleine Sensoren. Das Empfangsmodul maß lediglich etwa zehn mal zehn Millimeter und kombinierte die Zelle mit einem kugelförmigen Retroreflektor. Dieser lenkte Licht zurück zum Sender und half dabei, die optische Verbindung herzustellen, solange zwischen den Geräten freie Sicht bestand.
Unterbrach eine Hand den Strahlweg, wechselte der koreanische Aufbau automatisch in einen Modus mit sehr niedriger Leistung, wie Optica zur Untersuchung berichtet. Dafür waren die optischen Komponenten des Laserresonators auf Sender und Empfänger verteilt, sodass die freie Strecke zum System gehörte. Ein solcher Aufbau verbindet die Energieabgabe unmittelbar mit dem Zustand des Übertragungswegs. Die Sicherheit hängt dabei von der konkreten Leistung und Konstruktion ab; die Eigenschaften des kleinen Sensorsystems lassen sich deshalb nicht pauschal auf stärkere Anlagen übertragen.
Schon in einem früheren Versuch hatte das Naval Research Laboratory in Maryland elektrische Energie mit Mikrowellen übertragen, wobei 1,6 Kilowatt über eine Entfernung von einem Kilometer gelangten. Hier übernahm ein Feld kleiner Antennen die Aufgabe, die beim optischen Verfahren den lichtempfindlichen Zellen zufällt. Gleichrichter wandelten das empfangene Signal in Gleichstrom um, während eine gerichtete Sendeantenne die Energie auf das Ziel konzentrierte. Solche Empfänger werden als Rectenna bezeichnet; ihre Bauweise zeigt, wie stark die gewählte Art der elektromagnetischen Welle die benötigte Hardware bestimmt.
Für leichte Fluggeräte erprobte die NASA schon 2003 einen anderen Aufbau in einer Halle in Huntsville, bei dem Solarzellen unter einem Modellflugzeug saßen. Ein Ingenieur richtete den unsichtbaren Infrarotstrahl vom Boden auf dieses Feld und versorgte damit einen kleinen Elektromotor während des Kreisflugs. Spätere Freiluftversuche mit dem leichten Flugmodell scheiterten an böigem Wind und der zu geringen verfügbaren Antriebsleistung. Der Schritt vom ruhigen Innenraum zum bewegten Fluggerät verlangt also zusätzlich, dass Energieaufnahme, Flugstabilität und das Nachführen des Strahls gemeinsam funktionieren.
Geplant war im POWER-Programm eine Kette optischer Zwischenstationen, die den Strahl über hoch fliegende Plattformen zu einem entfernten Bodenempfänger lenken sollte. Nach dem ursprünglichen Relaiskonzept sollten die Geräte Licht präzise umlenken, seine Wellenfront korrigieren und einen regelbaren Anteil der Energie selbst nutzen. Der weitergereichte Anteil bliebe Licht, wodurch an jeder Zwischenstation eine erneute Umwandlung in Strom und zurück vermieden würde. Eine Verbindung in größerer Höhe sollte außerdem weniger Strecke durch die dichte, turbulente Luft unmittelbar über dem Boden zurücklegen.
Inzwischen führt DARPA POWER als abgeschlossenes Programm; ein erfolgreicher Betrieb der gesamten vorgesehenen Relaiskette ist damit nicht belegt. Für diese Architektur sollte zunächst die Funktion einzelner Laborbauteile nachgewiesen werden, bevor sie als Anbauten auf vorhandenen Flugzeugen erprobt würden. Erst danach sah die Planung einen durchgehenden Übertragungsweg über mehrere Stationen vor. Mit dem Netz sollten künftig kleinere Flugplattformen auskommen, die weniger Energie in eigenen Speichern mitführen müssten.
Unabhängig davon hat die NASA Teravec mit einem eigenen Entwicklungsprojekt zur Laserenergieversorgung von Mondfahrzeugen beauftragt, das eine weitere Anwendung untersucht. Die offizielle US-Ausgabendatenbank USAspending verzeichnet dafür 217.630 US-Dollar und ordnet den Auftrag der frühen Entwicklungsphase ihres Förderprogramms für kleine Unternehmen zu. Die vereinbarte Projektlaufzeit reicht bis Ende März 2027.
DARPA, DARPA program sets distance record for power beaming.
Optics Express, Long-range wireless optical power transfer system using an EDFA; doi:10.1364/OE.468766.
NASA, Beamed Laser Power For UAVs; FS-2004-03-087 DFRC.
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