In den Himmel ohne leere Batterien: Laserbetriebene Drohnen revolutionieren Logistik, Katastrophenhilfe und Sicherheit

Die Leistung von Drohnen entwickelt sich rasant weiter. Hochauflösende Kameras, Infrarotsensoren, autonomes Fliegen durch künstliche Intelligenz, hochpräzise Vermessungsfunktionen. Während die Fähigkeiten, die sie tragen können, zunehmen, gibt es eine Schwachstelle, die sich seit Jahren kaum verändert hat: die Batterie.

Kleine Multicopter haben oft eine Flugzeit von nur wenigen Dutzend Minuten. Um Langzeitüberwachung oder Vermessungen durchzuführen, müssen mehrere Geräte abwechselnd eingesetzt oder die Arbeit unterbrochen werden, um die Batterien zu wechseln. An Orten, an denen eine ununterbrochene Beobachtung erforderlich ist, wie Katastrophengebiete, Wälder, Seegebiete, Grenzen und wichtige Einrichtungen, ist diese Einschränkung besonders schwerwiegend.

In China wird an einer Lösung gearbeitet, um diese Grenze mit Licht zu überwinden. Ein Forschungsteam der Civil Aviation University of China und der Tsinghua-Universität hat ein Empfangssystem entwickelt, das Laserlicht vom Boden in Elektrizität umwandelt, um die Propeller zu betreiben.

Die angekündigte photoelektrische Umwandlungseffizienz beträgt 38,49 %. Betrachtet man nur die Zahlen, möchte man sich eine Zukunft vorstellen, in der Drohnen ohne Landung weiterfliegen können, indem sie kontinuierlich Energie vom Boden erhalten. Doch das aktuelle Ergebnis ist nicht die „Vollendung des ewigen Flugs“. Es ist notwendig, den nachgewiesenen Bereich und die zukünftigen Herausforderungen separat zu betrachten.

Umwandlung von Laser in Elektrizität unter den Flügeln

Das vom Forschungsteam entwickelte Gerät hat eine Struktur, die eine Perowskit-Zelle, die Laserlicht empfängt, mit einem thermoelektrischen Umwandlungselement kombiniert, das Wärme in Elektrizität umwandelt.

Der Mechanismus ähnelt der Solarenergieerzeugung. Ein Laser wird von einer Bodenübertragungseinrichtung ausgestrahlt, und die unter den Flügeln angebrachte Empfangszelle wandelt die Lichtenergie in Gleichstrom um. Diese Elektrizität wird verwendet, um den Motor zu betreiben oder den Batterieverbrauch zu reduzieren.

Bei der Laserenergieübertragung konzentriert sich die Energie auf eine bestimmte Wellenlänge. Im Gegensatz zu Sonnenlicht, das verschiedene Wellenlängen enthält, ist es einfacher, das Empfangsmaterial auf den sendenden Laser abzustimmen. Perowskit-Materialien können durch Anpassung der Zusammensetzung ihre Absorptionseigenschaften ändern und ermöglichen die Herstellung dünner und leichter Geräte. Bei Drohnen, bei denen das Gewicht direkt mit der Flugleistung zusammenhängt, kann dies ein großer Vorteil sein.

In Tests mit grünem Laser wandelte das Empfangsgerät 38,49 % der eingestrahlten Lichtenergie in Elektrizität um. Dieser Wert bedeutet jedoch nicht, dass 38,49 % der vom Übertragungssystem aus der Steckdose aufgenommenen Elektrizität das Gerät erreicht haben.

In einem tatsächlichen System treten Verluste in mehreren Phasen auf: bei der Umwandlung von Elektrizität in Laserlicht, bei der Strahlformung durch optische Geräte, bei der Übertragung durch die Atmosphäre und bei der Rückumwandlung auf der Geräteseite. Um die Praktikabilität zu bewerten, ist die Gesamteffizienz, die von der Energiequelle bis zum Motor des Geräts reicht, entscheidend.

Das Problem der „Wärme“ bei hoher Leistung

Je stärker der Laser, desto mehr Elektrizität kann empfangen werden. Doch nicht die gesamte empfangene Energie wird in Elektrizität umgewandelt. Ein Großteil der nicht umgewandelten Energie wird in Wärme umgewandelt.

In frühen Tests erreichte die Temperatur des Empfangsgeräts 80 bis 90 Grad. Wenn die Temperatur steigt, sinkt nicht nur die Umwandlungseffizienz, sondern es kann auch zu Materialverschlechterung, Schäden an Klebestellen und negativen Auswirkungen auf die Struktur des Geräts kommen. Wenn die Wärme auf die Batterie übergeht, erhöht sich auch das Sicherheitsrisiko.

Bei Bodeneinrichtungen können große Lüfter oder schwere Kühlkörper hinzugefügt werden. Bei Flugzeugen jedoch erhöht sich mit jedem zusätzlichen Kühlgerät das Gewicht und der Luftwiderstand, was den für den Flug erforderlichen Strom erhöht.

Das Forschungsteam platzierte Nanokristalle aus Antimon-Selenid zwischen der Perowskit-Schicht und den Elektroden, um den Wärmetransfer zu steuern. Außerdem wurde eine Struktur eingeführt, die den vom Propeller erzeugten Luftstrom in die Flügel leitet, um das Empfangsgerät zu kühlen.

Diese Innovation ist entscheidend, um den Wert der Forschung zu verstehen. Es geht nicht nur darum, hocheffiziente Zellen im Labor herzustellen, sondern auch darum, gleichzeitig die Wärme, das Gewicht, die Aerodynamik und die Kühlung zu berücksichtigen, die bei der Integration in ein tatsächliches Flugzeug auftreten.

Der Nachweis erfolgt nicht an einem „fliegenden echten Gerät“, sondern in der Modellphase

Einige könnten sich bei der Überschrift „Drohne während des Fluges mit Laser aufgeladen“ vorstellen, dass ein Test durchgeführt wurde, bei dem ein Gerät im Freien mit einem Strahl vom Boden aus kontinuierlich anvisiert wurde.

Laut den veröffentlichten Forschungsinformationen wurde jedoch in der aktuellen Phase ein Konzeptnachweis durchgeführt, bei dem ein Empfangsgerät unter den Flügeln eines stationären Drohnenmodells angebracht wurde und der Propeller durch den ausgestrahlten Laser angetrieben wurde. Es handelt sich nicht um eine Phase, in der ein tatsächliches Leichtgewicht-Drohne im Freien verfolgt und über einen längeren Zeitraum geflogen wurde.

Dieser Unterschied ist nicht gering.

Bei einem fixierten Modell ist es relativ einfach, den Fokus des Lasers auf die Empfangsfläche auszurichten. Ein echtes Gerät schwankt im Wind, dreht sich und ändert Geschwindigkeit und Höhe. Auch der Winkel der Flügel ändert sich. Wenn der Strahl von der Empfangsfläche abweicht, kann die bereitgestellte Leistung drastisch sinken.

Auf der Übertragungsseite ist eine Technologie erforderlich, die die Position und Haltung des Geräts in Echtzeit erfasst und den Laser verfolgt, während die Bewegungsrichtung vorhergesagt wird. Es wird eine Kombination aus Kameras, Infrarotsensoren, Radar und Positionsinformationen vom Gerät erforderlich sein.

Wenn der Strahl breiter gemacht wird, wird es einfacher, ihn zu treffen, aber die Energie wird verteilt. Wenn er eng fokussiert wird, kann eine hochdichte Energieübertragung erfolgen, aber die Anforderungen an die Verfolgungsgenauigkeit und Sicherheit steigen. Dieses schwierige Gleichgewicht ist eine große Hürde für die praktische Anwendung.

Das Forschungsteam betrachtet auch die präzise Echtzeitverfolgung als zukünftige Herausforderung und plant im nächsten Schritt Tests im Freien mit einem leichten echten Gerät.

Regen, Nebel, Rauch – Schwächen, die durch Licht entstehen

Für die Laserenergieübertragung ist eine Sichtverbindung zwischen der Übertragungs- und Empfangseinrichtung erforderlich. Wenn sie durch Gebäude, Bäume oder Gelände blockiert wird, kann keine Energie übertragen werden.

Darüber hinaus streuen und absorbieren Regen, Nebel, Wolken, Staub und Rauch von Bränden das Licht und reduzieren die ankommende Energie. In verwandten Studien wurde auch analysiert, dass bei mittlerer bis starker atmosphärischer Turbulenz die Leistung eines Kommunikationsnetzes mit laserbetriebenen Drohnen deutlich abnimmt.

Dies ist auch ein ironisches Problem. An Katastrophenorten, an denen Laserenergieübertragung erwartet wird, treten häufig Starkregen, Rauch und Staub auf. Bei der Waldüberwachung werden Bäume zu Hindernissen, und in städtischen Gebieten könnten Hochhäuser und andere Flugzeuge in den Strahlweg geraten.

Daher könnte das praktische System nicht darin bestehen, ein weites Gebiet mit einem einzigen Lasersystem abzudecken, sondern mehrere Energieübertragungsstationen zu platzieren und die Übertragungsquelle entsprechend der Bewegung des Geräts zu wechseln. Die Idee ist, einen unsichtbaren „Ladekorridor“ am Himmel zu schaffen, in dem die Drohne ihre Mission fortsetzt.

Auch ohne vollständigen unendlichen Flug hat es Wert

Selbst wenn Drohnen nicht nur mit Laser ewig fliegen können, hat es großen Wert, den Batterieverbrauch zu reduzieren und die Flugzeit um ein Vielfaches zu verlängern.

Im Katastropheneinsatz kann ununterbrochen Bildmaterial vom Katastrophengebiet gesendet, nach Vermissten gesucht und die Kommunikation weitergeleitet werden. Bei Waldbränden können die Ausbreitungsrichtung und die Windrichtung über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. In Gebieten, in denen Straßen durch Überschwemmungen oder Erdbeben unterbrochen sind, kann eine temporäre Kommunikationsbasis in der Luft gehalten werden.

In der Landwirtschaft kann der Wachstumszustand und die Krankheitslage auf großen Anbauflächen kontinuierlich überwacht werden. Bei der Infrastrukturinspektion können Stromleitungen, Eisenbahnen, Pipelines, Brücken und maritime Einrichtungen über längere Zeiträume inspiziert werden. Es ist auch denkbar, dass sie über Schiffen, Zügen oder Sicherheitsfahrzeugen fliegen, um die Bewegungsrichtung und die Umgebung zu überwachen.

Im Bereich der Logistik könnte es wahrscheinlicher sein, dass Flugzeuge, die festgelegte Routen hin und her fliegen, vor Drohnen, die überallhin frei fliegen, praktisch eingesetzt werden. Wenn sie zwischen mit Energieübertragungseinrichtungen ausgestatteten Standorten fliegen und unterwegs Energie auffüllen, können der Verfolgungsbereich und die Sicherheitszone leichter begrenzt werden.

Die USA treiben auch das „Energienetz aus Licht“ voran

Die Energieübertragung durch Laser ist kein exklusives Forschungsthema Chinas.

Das POWER-Programm der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) in den USA übertrug im Jahr 2025 über 30 Sekunden hinweg mehr als 800 Watt an eine Empfangseinrichtung, die etwa 8,6 Kilometer entfernt war, und übertrug während der Testperiode mehr als 1 Megajoule. Obwohl der Test zwischen Bodeneinrichtungen durchgeführt wurde, war es ein Ergebnis, das das Potenzial der Langstrecken-Laserenergieübertragung zeigte.

Auch PowerLight Technologies in den USA entwickelt ein System, das während der Verfolgung einer sich bewegenden Starrflügel-Drohne Kilowatt an Energie überträgt. Im Jahr 2026 wurde berichtet, dass im Rahmen eines Tests des US-Verteidigungsministeriums eine militärische Starrflügel-Drohne über mehrere Stunden hinweg geflogen wurde.

Das aktuelle Ergebnis aus China zeichnet sich dadurch aus, dass Perowskit-Empfangszellen und thermoelektrische Umwandlung integriert wurden, um die Effizienz und Kühlung eines leichten Empfangsgeräts zu verbessern. Auf der anderen Seite konzentriert sich die Entwicklung auf der US-Seite auf ein integriertes System, das Langstreckenübertragung, Verfolgung von beweglichen Objekten, Sicherheitskontrolle und Kommunikation mit dem Gerät umfasst.

Auch bei der gleichen Laserenergieübertragung ist der Wettbewerb nicht nur ein Vergleich der Umwandlungseffizienz. Es ist ein Wettbewerb um umfassende Technologien, die Materialien, Optik, Verfolgungskontrolle, Flugzeugdesign und den Betrieb von Energienetzen umfassen.

Der größte Bedarf könnte im militärischen Bereich liegen

Eines der Bereiche, in denen Drohnen mit langer Flugdauer am dringendsten benötigt werden, ist das Militär und die Sicherheit.

Wenn Aufklärungsflugzeuge lange fliegen können, können die Bewegungen von Truppen und Fahrzeugen kontinuierlich überwacht werden. Wenn Kommunikationsrelais auf einer hohen Position gehalten werden, kann der Kommunikationsbereich der Bodentruppen erweitert werden. Sie können auch zur Überwachung von Grenzen, Küsten und rund um Basen eingesetzt werden.

Allerdings führt die Laserenergieübertragung, während sie das Gerät befreit, auch zu einer Abhängigkeit von den Bodeneinrichtungen. Basen, die mit großen Energiequellen und präzisen optischen Geräten ausgestattet sind, könnten entdeckt und angegriffen werden, und der nutzbare Bereich könnte durch Wetter und Gelände begrenzt sein. Wenn die Position des Lasers von optischen Sensoren erkannt wird, könnten die Übertragungsstationen und Flugrouten vermutet werden.

Trotzdem gibt es einen starken Bedarf an Anwendungen, bei denen Überwachungs- oder Kommunikationsrelaisgeräte ständig in der Luft gehalten werden, insbesondere in der Nähe von Vorposten, Schiffen und festen Einrichtungen. Daher wird angenommen, dass die militärische Nutzung der zivilen Nutzung vorausgehen könnte.

Reaktionen in sozialen Medien – Es endet nicht nur mit „Erstaunlich“

In öffentlichen sozialen Medien und technischen Foren fällt die Überraschung über die Laserenergieübertragung auf. Es gibt Reaktionen, die den technologischen Fortschritt bewerten, wie „Ich hätte nicht gedacht, dass die drahtlose Energieübertragung so weit fortgeschritten ist“ und „Es ist wie Science-Fiction“.

Als Anwendungen werden Katastrophenüberwachung, regelmäßige Beobachtung von landwirtschaftlichen Flächen, Vorausüberwachung von Schiffen oder Zügen und temporäre Kommunikationsbasisstationen genannt. Besonders bei Drohnen, die an einem bestimmten Ort oder in einem engen Bereich bleiben, gibt es viele Meinungen, dass sie realistischer sind als Lieferdrohnen mit einem großen Bewegungsradius.

Andererseits gibt es auch strenge Fragen zur Praktikabilität.

Am häufigsten werden das Gewicht und der Luftwiderstand des Empfangsgeräts genannt. Wenn ein neues Gerät auf das Flugzeug geladen wird, erhöht sich der für den Flug erforderliche Strom entsprechend. Wenn ein größeres Flugzeug erforderlich ist, um das Empfangsgerät zu tragen, muss auch die Energiemenge erhöht werden.

In Bezug auf die Kosten gibt es den Hinweis, dass es günstiger sein könnte, Ersatzbatterien oder eine zweite Drohne bereitzustellen. Bei Aufgaben, bei denen eine kurze Landung erlaubt ist, sind automatische Ladestationen oder Batterieaustauscheinrichtungen oft einfacher und sicherer.

Auch die Sicherheit wird stark hinterfragt. Die Gefahren, wenn der Laser in die Augen von Menschen oder Tieren gelangt, die Funktion zum Stoppen, wenn Flugzeuge oder Vögel in den Strahlweg gelangen, und Maßnahmen, wenn die Strahlrichtung durch Ausfälle oder Cyberangriffe abweicht.

Es gibt auch Bedenken, dass es letztendlich für ständige Überwachung oder Kriegsführung verwendet wird. Wenn Kameras, die 24 Stunden am Tag in der Luft bleiben, in Städten oder an Grenzen eingesetzt werden, könnten sie zwar zur Katastrophenprävention und zur Aufrechterhaltung der öffentlichen Ordnung beitragen, aber auch die Möglichkeit einer alltäglichen Überwachung erhöhen.

Dies sind keine statistisch analysierten Ergebnisse des gesamten sozialen Netzwerks, sondern qualitativ geordnete Tendenzen aus veröffentlichten verwandten Beiträgen und Meinungen auf Foren. Dennoch ist ersichtlich, dass die Benutzer nicht nur die Zahlen zur Umwandlungseffizienz betrachten, sondern auch die Kosten, das Gewicht, das Wetter, die Sicherheit, die Privatsphäre und die milit