Lassen sich kritische Infrastruktur… – Information Centre – Research & Innovation

Gentleman sagt, dass ein Blitz nie zweimal an derselben Stelle einschlägt. Allerdings kann schon ein Blitzschlag ausreichen, um erhebliche Schäden zu verursachen. Blitzschläge töten nicht nur bis zu 24 000 Menschen pro Jahr, sie sind auch für Stromausfälle, Waldbrände und strukturelle Schäden verantwortlich.

Wenn wichtige Infrastrukturen und sensible Orte wie Flughäfen und Raketenabschussrampen vom Blitz getroffen werden, kann sich der Schaden schnell auf mehrere Milliarden Euro belaufen. Um dieses Risiko zu mindern, will das EU-finanzierte Projekt LLR (Laser Lighnting Rod) das einst Unmögliche möglich machen: den Blitz steuern.

„Heutige Blitzschutzanlagen basieren noch immer auf dem Blitzableiter, der vor rapid three hundred Jahren von Benjamin Franklin entwickelt wurde“, sagt Aurélien Houard, Forscher an der École polytechnique in Frankreich und Projektkoordinator von LLR. „Unser Projekt will dieses Konzept mithilfe eines extrem leistungsfähigen Lasers auf den aktuellen Stand bringen.“

Ein leistungsstarker Laserstrahl

Herzstück des Projekts ist ein neuartiger Laser mit einem kräftigen Strahl. Dieser soll als bevorzugter Weg für den Blitz agieren und ihn damit von potenziellen Opfern wegleiten. Der einzigartige Laser wird Blitze außerdem zum Boden leiten, damit die elektrische Ladung in den Wolken entladen wird.

Zur Veranschaulichung: Wird der Blitzableiter an einem Flughafen installiert, würde er zusammen mit einem Frühwarnradarsystem betrieben werden. „Entwickelt sich ein Gewitter, wird der Laserstrahl dann in Richtung der Wolke abgegeben, damit er den Blitz während des Starts, der Landung, des Ausrollens und des Bodenbetriebs weg vom Flugzeug leitet“, erklärt Houard. „Dadurch entsteht im Prinzip ein sicherer Korridor, der von Lasern umgeben und geschützt wird.“

Bahnbrechende Technologie

Um die erforderliche Intensität und Wiederholungsrate zu erreichen, hat das Projektteam verschiedene bahnbrechende Technologien eingesetzt. So nutzte es beispielsweise die Verstärkung gechirpter Pulse, die aktuell modernste Methode, die in den meisten Hochleistungslasern der Welt zum Einsatz kommt. Für diese Innovation wurde 2018 der Nobelpreis für Physik verliehen. „Durch Verstärkung gechirpter Pulse lässt sich ein ultrakurzer Laserpuls verstärken“, sagt Houard. „Dabei wird der Laserpuls vorübergehend gestreckt, verstärkt und anschließend wieder verdichtet.“

Um die kurzen Laserpulse bei einer Wiederholungsrate von 1 000 Impulsen pro Sekunde abzugeben, musste das Projektteam die durchschnittliche Leistung des Lasers erhöhen. Zu diesem Zweck kam eine vom deutschen Maschinenbauunternehmen Trumpf entwickelte Amplifikationstechnologie zum Einsatz. Das Unternehmen gehört dem Projektkonsortium an.

Laut Houard wird die Energie, die von den vielen Dioden der Technologie bereitgestellt wird, auf einer extrem dünnen Kristallscheibe konzentriert, die mit Wasser gekühlt wird. „Durchdringt der Laserpuls den Kristall, wird die gespeicherte Energie durch einen Quantenmechanismus, der Laserverstärkung, an den Puls übertragen“, sagt er. „Dank der Konstruktion des Verstärkers in Form der dünnen Scheibe konnte die Leistung des ultrakurzen Lasers verzehnfacht werden.“

Darüber hinaus konnte das Projektteam ein innovatives Process entwickeln, mit dessen Hilfe sich die Blitzaktivität voraussagen lässt. „Die Companion kombinierten Standarddaten von Wetterstationen und künstliche Intelligenz und erschufen so eine neue Möglichkeit, um Blitzschläge über einen Zeitraum von 10 bis thirty Minuten und innerhalb eines Radius von thirty km vorauszusagen“, so Houard weiter. „Erstmals kann somit ein Process, das auf einfachen meteorologischen Daten beruht, Blitzschläge durch Echtzeitberechnungen vorhersagen.“

Demonstration für 2021 geplant

Aktuell testet das LLR-Crew den Laser in Paris. Dabei soll das Konzept validiert werden, bei dem Blitzschläge sicher zum Boden geleitet werden, wofür ein weitreichender Strahl in die Atmosphäre projiziert wird.

Eine abschließende Demonstration des LLR-Konzepts soll auf dem Berg Säntis in der Schweiz stattfinden. Dort befindet sich ein Turm der Swisscom, der jedes Jahr mehr als a hundred Mal vom Blitz getroffen wird. Die Demonstration ist für 2021 geplant. Sollte sie erfolgreich sein, ist das Crew überzeugt, dass das Process innerhalb der kommenden Jahre voll kommerzialisiert werden kann.