Dieser Entwurf war von „jüngsten Experimenten mit der Konversion von Sonnenstrahlen in elektrische Energie“ inspiriert. Die Fotozellen sollten aus einer „soliden Kupfer-Anode mit oxidierter Oberseite“ und einem darüberliegenden „transparenten Kupferfilm“ bestehen. Daher die uns ungewohnte rote Farbe in der künstlerischen Wiedergabe der Idee.

Der Bericht über dieses kühne Vorhaben versucht (übrigens kaum überzeugend), mit großen Zahlen zu beeindrucken: „Wissenschaftler schätzen, dass die Sonne volle 86300 Kilowatt oder 115000 Pferdestärken pro Stunde auf der Fläche einer Quadratmeile entfalten kann.“ Umgerechnet in nachvollziehbarere Größenordnungen erhalten wir gut 33 Watt je Quadratmeter. Da waren die Wissenschaftler damals wohl zurückhaltend beim Schätzen gewesen. (2) Für das Luftschiff, das vielleicht 10000 Quadratmeter Solarzellenfläche gehabt hätte, hätte sich dadurch eine Antriebsleistung von 330 kW oder 440 Pferdestärken ergeben, wenn man von einem Wirkungsgrad von 100 Prozent ausgeht. Bei Annahme eines realistischeren Wirkungsgrades von einem Prozent und einer Sonneneinstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter bleiben noch 100 Kilowatt. Damit hätte das Luftschiff noch nicht einmal einem lauen Lüftchen standgehalten.

Faszinierend ist aber noch etwas anderes an dieser Veröffentlichung aus dem Jahre 1934: zwanzig Jahre bevor in den Bell Laboratories die ersten brauchbaren Silizium-PV-Zellen hergestellt wurden, entwickelte der Autor des „Modern Mechanix“-Beitrags Ansätze der Vision einer dezentralen regenerativen Energieversorgung: „Photozellen wandeln die Energie der Sonne in Elektrizität um. Wenn dies anwendungsorientiert ausgenutzt werden kann, dann kann das Dach eines gewöhnlichen Hauses genutzt werden, die Elektrizität für die Wohnung zu generieren.“

Aus der Gigantomanie des Luftschiffprojekts war plötzlich die vorausschauende Vision einer Technik nach menschlichem Maß aufgeblitzt.

Danach war es lange still um die Idee einer Verknüpfung der Konzepte Luftschiff und Solarantrieb. Teils vielleicht, weil man die einstweilen gewinnbare Energie genauer durchgerechnet hatte; teils weil das Unglück des Zeppelins LZ 129 „Hindenburg“ am 6. Mai 1937 in Lakehurst der Luftschiffbegeisterung weltweit einen beträchtlichen Dämpfer verpasste. Noch wichtiger ist aber, dass nach dem Zweiten Weltkrieg für gigantomanische Phantasien ein anderer Antrieb in den Brennpunkt des Interesses rückte: die Kernspaltung. Luftschiffprojekte mit Kernreaktorantrieben sind zwischen den 50er und den 70er Jahren in vielfachen Variationen entwickelt worden, und wir können von Glück sagen, dass die Quelle, der sich Informationen hierüber am besten entnehmen lassen, den Titel trägt: „Luftschiffe, die nie gebaut wurden“. (3)

„Atoms for Peace“ - gigantomanische Phantasien des Atomzeitalters.

Erste praktische Versuche

1972, während das amerikanische Naval Research Laboratory den Gigantismus mit dem ZRCVN-Konzept an seine Grenzen trieb – ein atomar angetriebener Koloss mit weit mehr als einer Million Kubikmeter Traggas, der 75 bis 100 strategische Atombombenflugzeuge an Bord haben sollte (4) – begannen die ersten Versuche mit Solarluftschiffen vernünftigerweise im kleinen Maßstab. In Las Vegas gründete Michael Walden um diese Zeit das Unternehmen „Lighter Than Air Solar“, das 1974 mit dem ersten ferngesteuerten Exemplar „XEM-1“ in der Luft war. Die Folgemodelle, die alle die charakteristische Scheibenform des XEM-1 teilten, wurden sukzessive größer, bis am 24. Juni 1989 zum ersten Mal eine bemannte Flugscheibe am Himmel war: Waldens „MLA-32-B“. Dies war das erste bemannte Starrluftschiff, das seit dem Ende der Zeppelin-Ära abhob, aber die Fotos von diesem Start legen nahe, dass dieses Modell nicht mit Solarzellen ausgestattet war.

Walden XEM-1

Walden MLA-32-B mit „geodätischer“ Gerippe-Konstruktion.

Waldens Solarphantasien wurden indessen immer kühner: Schließlich legte er den Plan vor, das aus der Science-Fiction-Serie Star Trek bekannte Raumschiff „Enterprise“ in Originalgröße als „Vergnügungsluftschiff“ zu bauen. Ein Hybridantrieb aus Photovoltaik und „Bio-Treibstoff“ sollte 2000 kW Antriebsleistung erbringen, die Baukosten wurden mit 300 Millionen Dollar kalkuliert, die sich nach drei Jahren bereits amortisiert haben sollten. In letzter Zeit hat man von „Walden Aerospace“ leider nichts mehr gehört. (5)

Grundlagenforschung

Eine methodischere Herangehensweise legte seit Anfang der 90er Jahre die „Forschungsgruppe Luftschifftechnologie“ (FOGL) an der Universität Stuttgart an den Tag. Sie entwickelte das unbemannte Solar-Luftschiff LOTTE, das als Testplattform für unterschiedlichste konstruktive Disziplinen diente, darunter auch die solare Antriebstechnologie. (6) Der Erstflug war 1993; in diesem Jahr nahm LOTTE auch an der „World Solar Challenge“ in Australien teil, bei der seit 1987 in zweijährigem Turnus solarbetriebene (Straßen-) Fahrzeuge sich ein Rennen quer durch den australischen Kontinent liefern. Hier havarierte LOTTE allerdings aufgrund von Störungen des Fernsteuer-Senders. Sie wurde durch ein bau- und namensgleiches Luftschiff ersetzt.

„Lotte“, unbemanntes Solar-Luftschiff der Universität Stuttgart.

Der an diesem Projekt beteiligte Professor Bernd-Helmut Kröplin hat über die Anfänge berichtet: „Als wir die Lotte bauten, gab es keine geeigneten leichten Solarzellen für die Luftschiffhülle. Wir haben deshalb vorhandene Solarzellen abgeschliffen, bearbeitet und erheblich leichter gemacht. Das waren sozusagen die ersten inoffiziellen ‚Dünnschichtsolarzellen‘.“ (7) Mit diesen konnte das 16 Meter lange Fahrzeug eine solare Leistung von 720 Watt ernten. (8)

Einer Zusammenarbeit von Studenten verschiedener französischer Ingenieur- und Fachschulen entsprang das solarbetriebene Versuchsluftschiff „Néphélios“ des Projekts „Sol’R“, der im Dezember 2009 bei Paris seinen Erstflug absolvierte und im Januar 2010 zweieinhalb Stunden in der Luft war. Néphélios ist damit das erste bemannte Solar-Luftschiff. Der heliumgefüllte Blimp war 22 Meter lang, und die auf der Oberfläche der Hülle angebrachten semiflexiblen Solarzellen lieferten 2,4 kW Leistung. Zu der geplanten Überfliegung des Ärmelkanals ist es aber offenbar nicht mehr gekommen; seit 2011 ist von diesem Projekt nichts mehr zu hören. (9)

Erstes erfolgreiches bemanntes Solar-Luftschiff: Die „Nephélios“ von Sol‘R.

Derzeitige Projekte

Vier Anwendungsbereiche sind es vor allem, die zur Zeit im Fokus der Planungen von Solar-Luftschiffen stehen (hier gemäß der Reihenfolge ihrer Verwirklichungschancen angeordnet): 1) die geostationäre Positionierung von Beobachtungsplattformen in großer Höhe („High Altitude – Long Endurance“, HALE); 2) der Frachtgütertransport in infrastrukturell unerschlossenen Weltgegenden; 3) Luxuspassagierfahrten; und 4) extraterrestrische Raumfahrtmissionen.

Stratosphären-Plattformen

Die Entwicklung von unbemannten stratosphärenbasierten Plattformen mit langer Verweildauer reicht bis in die 60er Jahre des vorigen Jahrhunderts zurück. Luftschiffe sind für die Aufgabe einer geostationären Positionierung in Höhen von 20 bis 30 Kilometern besonders gut geeignet, weil sie mit geringem Energieaufwand auskommen. Ein elektrischer Antrieb ist für diese Aufgaben aus Gründen der Wartungszyklen, des Wirkungsgrades und der Abwesenheit von Gewichtswechseln durch Brennstoffverbrauch das Mittel der Wahl, und für die Energieversorgung bietet sich ein solares System an. (10)

Bereits 1970 stieg ein Luftschiff auf eine Höhe von 20 Kilometer, wo es zwei Stunden lang mit seinem Solarantrieb navigierte. Vertreter der Herstellerfirma dieses „High Platform II“ genannten Vehikels, Raven Industries, schrieben noch im Jahr 2003, dies sei wahrscheinlich das einzige Luftschiff, das jemals motorisiert in der Stratosphäre geflogen sei. (11)

High Platform II. Die PV-Zellen sind direkt oberhalb der Rumpfnase zu erkennen.

Nach dieser Premiere verblieb das Feld der stratosphärischen Luftschiff-Plattformen lange im Bereich von Entwicklungsstudien. Mit dem wachsenden Bedarf an Telekommunikations-Plattformen wird diese preiswerte Alternative zu weltraumgebundenen Satelliten aber zunehmend interessant. In den USA, Japan, Südkorea und auch in Europa (durch die Europäische Raumfahrtagentiur esa) werden seit den 90er Jahren Machbarkeitsstudien durchgeführt.

Am 27. Juli 2011 startete in Akron, Ohio, das vom US-amerikanischen Luftfahrtkonzern Lockheed-Martin entwickelte Solarluftschiff „HALE-D“ zu seinem Jungfernflug. Mit einer Länge von gut 70 Metern handelte es sich um eine verkleinerte Demonstrationsversion der geplanten Plattformen.

HALE-D: Rollout aus dem berühmten Luftschiffhangar in Akron, Ohio.

In Originalgröße sollte HALE-D über Dünnschicht-Solarzellen mit einer Leistung von 15 Kilowatt sowie über eine Lithium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 40 Kilowattstunden verfügen, die neben dem Antrieb auch der Nutzlast zur Verfügung stehen würden. Der Demonstrations-Blimp erreichte die vorgesehene Höhe von etwa 18 Kilometern jedoch nicht, sondern musste aufgrund technischer Schwierigkeiten in einer Höhe von knapp zehn Kilometern den Aufstieg abbrechen. 

Was die Herstellerfirma als kontrollierte Landung beschrieb, machte doch eher den Eindruck eines Absturzes – das Luftschiff wurde in unwegsamem Waldgelände vollständig zerstört. (12)

Von diesem Anwendungsbereich solar betriebener Luftschiffe wird man in näherer Zukunft wahrscheinlich noch öfters hören, schon weil er von finanzstarken Akteuren unterstützt wird; aber es bleibt schwer zu prognostizieren, wie weit diese Technik sich am Ende durchsetzen wird.

Versorgung unerschlossener Regionen

Die kanadische Firma „Solar Ship Inc.“ entwickelt Hybrid-Luftschiffe, das heißt: Fluggeräte, deren Auftrieb teilweise durch Traggas und teilweise durch aerodynamische Gestaltung erzeugt wird. Der Ballonkörper, der mit Helium gefüllt ist, hat die Form einer Tragfläche. Auf deren Oberseite sind PV-Zellen angebracht. Jay Godsall, der CEO der Firma, benennt als primäre Aufgabe dieser Vehikel die Versorgung infrastrukturell unerschlossener Regionen mit wichtigen bzw. eiligen Gütern. Die Solar Ships, die in drei Größen gebaut werden sollen, werden mit sehr kurzen Start- und Landebahnen auskommen; da sie im Unterschied zu klassischen Luftschiffen schwerer als Luft sind, benötigen sie auch keine Landemasten oder ähnliche Infrastruktur. Infolge des solaren Antriebs müssen nicht Teile der Nutzlastkapazität für Treibstoff reserviert werden. Das größte in Aussicht genommene Modell soll bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h eine Nutzlast von 30 Tonnen bis zu 6000 Kilometer weit transportieren können und bei voller Ladung mit einem Startstreifen von 200 Metern auskommen.

Solar Ship „Caracal“ im Flug.

Mindestens zwei Prototypen des Konzepts sind bereits geflogen – ein unbemanntes Modell mit zehn Metern, und der bemannte „Caracal“ mit zwanzig Metern Spannweite – letzterer ist damit nach dem Néphélios chronologisch das zweite Solarluftschiff, das bemannt geflogen ist. Trotz rühriger Öffentlichkeitsarbeit von „Solar Ship Inc.“ sind Details über die Geräte nicht leicht zu erlangen. Man muss die weitere Entwicklung also aufmerksam beobachten. (13)

Luxuriöse Passagierfahrten

In Spanien tüftelten vor einigen Jahren zwei junge Männer – „reich an Visionen, aber knapp an Geldmitteln“ wie so viele Luftschiff-Erfinder – mit ihrer Garagenfirma namens „Turtle Airships“ an großen luxuriösen Transatlantik-Luftschiffen, die ihrerseits in mehrfacher Hinsicht hybrid sein sollten. Erstens sollten die Vehikel auf dem Wasser wie auf festem Grund landen können, es handelt sich also um „Amphibien“. Zweitens war ein Hybridantrieb geplant, bei dem die aus Cadmium-Indium-Germanium-PV-Zellen gewonnenen 45 Kilowatt durch Dieseltriebwerke unterstützt werden sollten. (14) Ein Charakteristikum war ferner die feste, schalenartige Außenhülle, die den Vehikeln die namengebende Schildkrötenform verleihen sollte.

Neben dem an die Atlantikfahrten der Zeppeline der Zwischenkriegszeit anknüpfenden Passagierverkehr (ein Liniendienst zwischen New York und Paris war angedacht) war auch an den Betrieb von Hospital-Luftschiffen gedacht, die direkt über einem Katastrophengebiet schwebend, die medizinische Versorgung sicherstellen könnten. (15)

„Turtle Airships“ wurde in der Luftschiffszene offenbar als nicht besonders seriös eingestuft. (16) Die Internet-Berichterstattung über das Projekt endet um das Jahr 2009. Zu einem für 2011 angekündigten Demonstrationsflug um die Welt ist es ganz offensichtlich nicht gekommen. Die Schalenstruktur in Kombination mit Landekissen (und teils auch mit Solarantrieb) ist jedoch eine Charakteristik, die in verschiedenen Entwürfen zu finden ist – so z.B. bei der Firma „Millennium Airship“ oder beim Konzept „Aeroscraft“ der kalifornischen Firma „Worldwide Aeros Corp“ – und offenbar auch bereits zu Urheberrechtsstreitigkeiten geführt hat. Das Schalen-Konzept ist im Grunde bereits in den ersten Solarluftschiffen Michael Waldens angelegt, den man vielleicht als Ahnherrn dieses Bauprinzips ansprechen kann.

Erkundung fremder Himmelskörper

Aufgrund ihrer notwendigen Größe verbindet sich das Nachdenken über Luftschiffe gerne mit weitausholenden Entwürfen – das zeigen die eingangs erwähnten fliegenden Flugzeugträger ebenso wie das soeben beschriebene Turtle-Airships-Konzept, ebenso wie viele auf konventionellen Antrieben beruhende Großluftschiffprojekte (man denke an den „Cargolifter“ seligen Angedenkens). Eindeutig gehört hierhin natürlich auch Michael Waldens geplanter Nachbau des Raumschiffs Enterprise als Vergnügungsluftschiff. Dass die Phantasie, wenn sie „im Großen“ denkt, leicht auch nach den Sternen greift, erscheint naheliegend.

Interessanterweise leitet sich von Waldens scheibenförmigen Solarluftschiffen ein ganz seriöses Projekt ab, linsenförmige Aerostaten (unter anderem) zur Erkundung fremder Himmelskörper einzusetzen. Der für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitende Csaba Singer hat ein solches Konzept im Jahre 2008 in mehreren Aufsätzen vorgestellt.

An der Außenseite des linsenförmigen Auftriebskörpers sollen Tragflächen angebracht werden, die entweder nach punktsymmetrischer Logik rotierend wie ein Helikopter-Rotor, oder nach achsensymmetrischer Logik wie die Tragflächen eines Flugzeugs eingestellt werden können. Singer denkt ebenfalls primär an ein solares Antriebssystem. Obwohl er auch diverse terrestrische Anwendungen diskutiert, betont er vor allem, die aerostatische Drohne sei „ideal für die bodennahe Erkundung des Mars“. (17)

Um die wirklich großen Raumfahrt-Ideen zu entdecken, muss man den Blick zur US-Raumfahrtbehörde NASA lenken. Dort erwägt eine Konzeptstudie eine bemannte Venus-Expedition mit Solarluftschiffen, und später ganze stationär in der Venusatmosphäre platzierte aerostatische Städte zur Erkundung des Nachbarplaneten, dessen Oberfläche absolut unwirtlich ist, während in einer bestimmten Höhe der Atmosphäre menschenverträgliche Druck- und Temperaturverhältnisse herrschen. Das NASA-Konzept trägt den Namen „High Altitude Venus Operational Concept“ – wobei die Abkürzung HAVOC übersetzt so viel wie „Chaos“ oder „Verwüstung“ bedeutet (vielleicht ein Hinweis auf die mangelnde Ernsthaftigkeit des Vorschlags?).

Wie einem Animationsvideo der NASA zu entnehmen ist, würde von einem Mutterraumschiff aus eine Sonde in die Venusatmosphäre hinabgeschickt, die eine Kapsel für zwei Piloten sowie eine sich aus deren Rücken selbst entfaltende und mit Traggas füllende Luftschiffhülle enthielte. Auf der Oberseite der Luftschiffhülle befänden sich, wie bei allen terrestrischen Solarluftschiffen, die PV-Zellen, die für die Steuerung des Aerostaten sowie für den sonstigen Stromverbrauch zuständig wären.

Die in die Venusatmosphäre eingedrungene Raumkapsel wurde mit einem Fallschirm gebremst, und die darin enthaltene Luftschiffhülle wird automatisch entfaltet und mit Helium gefüllt. Auf dem Rücken des Aerostaten sind die PV-Zellen erkennbar. Screenshot aus dem NASA-Promotion-Video.

Möglicherweise wäre eine derartige Mission, die technisch wohl nicht undurchführbar ist, sogar preiswerter als eine bemannte Marsmission, denn Venus hat einen geringeren Abstand zur Erde und das Problem der sicheren Landung auf dem Boden würde wegfallen. Allerdings muss man die Frage stellen, was eine solche Mission an Ergebnissen erbringen könnte, die nicht auch mit unbemannten Sonden zu erzielen sind. Das ist allerdings ein Einwand, dem sich die bemannte Raumfahrt insgesamt zu stellen hat.

In einem amerikanischen Solarblog wird das Faszinierende der NASA-Venus-Studie auf überzeugende Weise „geerdet“. Es heißt dort zugunsten des HAVOC-Projekts: „Man kann dort auch eine Menge lernen. Während Mars in den vergangenen Jahrzehnten Gastgeber für ein Dutzend Sonden war, wurde Venus weitgehend ignoriert. Wir können nicht nur lernen, wie Venus sich entwickelt hat, sondern auch, wie ihre dichte Kohlendioxid-Atmosphäre zu einem galoppierenden Treibhauseffekt führte. Dies wird zunehmend relevant, solange wir fortfahren, hier auf der Erde fossile Energieträger zu verbrennen.“ (18) – Sehr wahr – dennoch fragt man sich, ob die Milliarden, die eine bemannte Venus-Mission die Steuerzahler kosten würde, dann nicht effizienter in irdische PV-Anwendungen zu stecken wären, um die Erde dem Schicksal der Venus gar nicht erst näher zu bringen …

Schluss

Unser Überblick ist zu Ende. Er erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Noch kühnere und noch umsetzungsfernere Konzepte finden sich in den Kapillaren des World Wide Web. Der Anspruch des Überblicks ist es, die diskursiv wirksamsten und die aussichtsreichsten Arbeiten auf diesem Feld vorzustellen. Insgesamt zeigt sich, dass PV-angetriebene Flugzeuge wie der derzeit Schlagzeilen machende „Solar Impulse 2“ wesentlich weiter entwickelt sind als Solarluftschiffe, die doch das Problem der großen benötigten Fläche lösen würden. Dies hat offenbar wenig mit dem solaren Antrieb und viel mit den Schwierigkeiten zu tun, die sich einer Renaissance der Luftschiffe insgesamt – unabhängig vom Antriebsystem – in den Weg stellen. Ob wir über ein Verkehrs- und Transportsystem der Zukunft gesprochen haben – ich wage keine Prognose. Aufgrund der Kombination zweier besonders faszinierender Technologien – Photovoltaik und Aerostatik – haben wir aber mit Sicherheit über ein außergewöhnlich spannendes Kapitel Technikgeschichte gesprochen.

Anmerkungen und Quellennachweise

1 Starr-Luftschiff: Bei diesem Typ wird die Formgebung der Luftschiffhülle durch ein ‘Gerippe‘ erzeugt, innerhalb dessen mehrere Ballons platziert werden, die das Traggas enthalten. Demgegenüber erhalten Prall-Luftschiffe („Blimps“) ihre Form durch den Überdruck des Ballonkörpers. Halbstarre Luftschiffe verfügen über einen Kiel an der Unterseite des ansonsten ‘prallen‘ Auftriebskörpers.

2 In Deutschland erhalten wir übers ganze Jahr gemittelt etwa 125 Watt auf einem Quadratmeter; dabei sind die Nächte und wolkige Zeiträume mitgezählt. In Kalifornien z.B. ist der Wert mehr als doppelt so hoch. Die „terrestrische Solarkonstante“ für senkrecht auf den Erdboden gestrahltes Sonnenlicht wird mit 1 kW/m2 angegeben.

3 Wolfgang Meighörner (Hrsg.): Luftschiffe, die nie gebaut wurden (Ausstellungskatalog). Friedrichshafen 2002. Darin besonders der Beitrag von Jürgen Bleibler: Die fünfziger und sechziger Jahre – Großluftschiffprojekte in Deutschland und den USA. S.151-175.

4 Don Dwiggins: The Complete Book of Airships – Dirigibles, Blimps & Hot Air Balloons. Blue Ridge Summit, PA 1980. S.329f. – Die berühmte LZ 129 „Hindenburg“ hatte ein Traggasvolumen von 200.000 m³.

5 Vgl. Homepage von Walden Aerospace; "Buch der Synergie"

6 Jürgen K. Bock / Berthold Knauer: Leichter als Luft. Transport- und Trägersysteme. Ballone, Luftschiffe, Plattformen. Hildburghausen 2003. S.92-104.

7 tao-group.de

8 Wikipedia

9 projetsolar.over-blog.com; Wikipedia; inhabitat.com

10 Vgl. Bock/Knauer (wie Anm. 6), S.400ff.

11 Michael S. Smith und Edward Lee Rainwater: Applications of Scientific Ballooning Technology to High Altitude Airships. Paper für das American Institute of Aeronautics and Astronautics, ravenaerostar.com. S.1. – Vgl. Bock/Knauer (wie Anm. 6), S.398f.

12 gizmag.com 1; gizmag.com 2; dailymail.co.uk

13 gizmag.com 3; solarship.com

14 cleantechnica.com; wired.com

15 turtleairships.blogsport.de

16 gadling.com

17 lpi.usra.edu; hybrid-airplane.com

18 cleaneasyenergy.com