¿Por qué es tan importante la energía fotovoltaica para las misiones espaciales?
Por si te lo estabas preguntando, no solo en nuestro planeta es tan importante la energía que emana el sol y su aprovechamiento, pues gracias a esta se ha podido llegar a marte, la Estación Espacial Internacional continua en funcionamiento, y recientemente se lanzó la primera misión espacial privada con el “Space X“, todo esto con ayuda de equipos fotovoltaicos que logran dotar de energía suficiente a las naves para realizar su travesía por el espacio.
Seguro te estás preguntando si los paneles solares que se utilizan en la Tierra son iguales a los utilizados en el espacio , la respuesta es no, hay grandes diferencias entre los paneles solares para uso espacial y los paneles solares terrestres.
La primera de ellas es la eficiencia. Según indica el Ing. Hernán Socolovsky, las celdas solares que componen a los paneles para uso espacial tienen el doble de eficiencia que las celdas solares convencionales que se utilizan para aplicaciones terrestres. Eso hace que el panel tenga mayor potencia en una superficie menor.
“En las misiones espaciales, cada kilogramo de carga que se pone en órbita sale decenas de miles de dólares. Es muy importante que cada componente sea lo más liviano y pequeño posible; entre ellos, los paneles solares. Esto motiva a los equipos de instalación e investigación espacial a que a la hora de seleccionar las celdas solares para este tipo de aplicaciones se opte por las más eficientes que existan a nivel global”.
Mientras que en la Tierra esa eficiencia también dependerá de los años de rendimiento óptimo que garantiza el fabricante (se calculan entre unos 25 años a 40 años aproximadamente de vida útil) para sistemas fotovoltaicos, en el caso de los paneles solares de uso espacial, su diseño y eficiencia dependerá de los años de operatividad de la misión.
La primera aplicación importante de células solares en el espacio fue la fuente auxiliar energética del satélite estadounidense Vanguard I, lanzado al espacio en 1958 (hoy en día el satélite más antiguo aún en órbita), que le permitió seguir transmitiendo durante siete años mientras que las baterías químicas se agotaron en solo 20 días. Desde final de los años 60 la energía solar se ha consolidado como fuente para el suministro energético propio de los satélites.
Satélites de energía solar:
Desde el nacimiento del concepto de “Energía Solar Espacial” se han propuesto diversos diseños de satélites para alojar en órbita los módulos fotovoltaicos y la antena emisora, entre ellos encontramos:
NASA 1979
El primer estudio importante de la NASA sobre la energía solar espacial (1976-1980) condujo a la formulación del denominado “Sistema SPS de Referencia 1979“. Consistía en una gran estructura paralelepipédica de 5 x 10 x 0,5 km sobre la que se colocarían paneles fotovoltaicos. En su parte inferior se ubicaría la antena emisora, de 1 km de diámetro, que radiaría unos 5 GW de energía hacia la Tierra.
Sun Tower
El concepto de Sun Tower (“Torre solar”) fue propuesto en 1997 por la NASA. Consiste en una estructura lineal de unos 15 km de longitud a la que se enganchan parejas de módulos fotovoltaicos de 1 MW cada uno. En el extremo inferior de la estructura, que apunta a la Tierra, se sitúa la antena emisora, de unos 250 m de diámetro. La potencia total radiada por el sistema rondaría los 250 MW a una frecuencia de 5,8 GHz.
Sail Tower
El centro de investigación alemán DLR ideó en 1999 para la ESA (Agencia Espacial Europea) un satélite SSP llamado Sail Tower (“Torre de velas”) y que se parece bastante al Sun Tower estadounidense. Consistía en una estructura lineal de 15 km de largo en la que se engancharían 60 pares de “velas”, en realidad paneles solares de película delgada, de forma cuadrada y 150 m de lado. El satélite se colocaría en órbita geoestacionaria y captaría unos 450 MW, que serían radiados a la Tierra por una antena de 1 km de diámetro. La rectenna correspondiente tendría 10 km de diámetro.
Solar Disk
Este concepto, también ideado por la NASA en 1997, consiste en un disco plano cubierto de módulos fotovoltaicos que rota sobre sí mismo a razón de una vuelta por hora. El centro del disco recibe toda la electricidad generada y está conectado mediante dos estructuras simétricas a una antena emisora que apunta a la Tierra. La antena gira también sobre sí misma a una vuelta por día en un eje perpendicular al eje de giro del disco.
Sandwich Satellite
El Sandwich Satellite (“Satélite Bocadillo”) se estructuraría en tres partes:
1) un gran sistema de espejos que capta la luz solar y la redirige hacia una plataforma; 2) un conjunto de paneles fotovoltaicos ubicados sobre el lado iluminado de la plataforma y 3) una antena emisora colocada en el lado en sombra de la plataforma. La ventaja de este sistema reside en que la electricidad generada tendría que recorrer una distancia muy corta, de pocos centímetros, entre las células fotovoltaicas y la antena emisora, lo cual mejoraría el rendimiento. Además se presta a un diseño modular que podría permitir una producción económica.
Así mismo, la carrera espacial tuvo lugar durante la guerra fría entre la Unión Soviética y los Estados Unidos de América, y se inició con el lanzamiento del Sputnik 1 por parte de los soviéticos en 1957. La década de los años 60 y parte de los 70 se vio marcada por los continuos hitos en la aventura espacial, que supusieron no sólo un potencial para la industria armamentística, sino también un arma propagandística. El lanzamiento del Sputnik 1 tuvo su continuidad con el lanzamiento de seres vivos. La perra Laika, a bordo de la nave soviética Sputnik 2 en 1957, fue el primer animal célebre en órbita. Pero no sería hasta 1960 cuando los soviéticos consiguieran por primera vez regresar a los animales con éxito de vuelta a la Tierra. Poco más tarde en 1961 Yuri Gagarin se convertiría en el primer cosmonauta lanzado en órbita. Pero el logro más importante en la historia de la aventura espacial lo consiguieron los estadounidenses con el alunizaje de la nave Apolo 11 capitaneada por Neil Armstrong en 1969, que se convirtió así en el primer humano en pisar suelo extraterrestre.
¿Se puede mandar electricidad desde el espacio a la Tierra?
Por si fuera poco, en todo lo que ha ayudado la energía solar para los viajes espaciales, la noticia es que se podría mandar la energía solar colectada por lo sistemas fotovoltaicos a la tierra. Hace no mucho, el científico Lewis-Weber publicó un artículo en la revista «New Space» en el que detalla lo que cree que puede ser la solución de la crisis energética que se avecina: Instalar paneles solares auto-replicantes en el espacio. Estos paneles solares espaciales construirían copias de sí mismos, autónomamente, en la superficie de la luna. Después, entrarían en la órbita terrestre, recogerían la energía solar y la enviarían al suelo de la Tierra de forma inalámbrica. La novedad de esto reside en la idea de adquirir energía a gran escala en el espacio y transmitirla a la Tierra de forma inalámbrica para su consumo sobre la superficie del planeta. A esto se le conoce como energía solar espacial (en inglés Space based solar power, SSP)
Estos paneles utilizarían microondas para enviar la energía a los receptores en la Tierra. Y no, no nos freirían vivos. «El sistema estaría diseñado para no sobrepasar las densidades de potencia seguras», dijo Paul Jaffe, que trabaja en paneles solares basados en el espacio en el Laboratorio Naval de Investigación de los Estados Unidos.
Tampoco el gran conjunto de paneles proyectaría una gran sombra sobre la Tierra. La luz solar se difundiría alrededor de la estructura, como ocurre con otros satélites en órbita. Incluso cuando la luna eclipsa el sol, sólo proyecta una sombra sobre una pequeña parte del mundo durante un corto período de tiempo. La sombra de una matriz del tamaño de Nevada sería «ni siquiera una millonésima parte de eso», asegura Jaffe.
¿Y si, en lugar de enviar miles de paneles solares en órbita, pudiéramos enviar uno que esté programado para hacer copias de sí mismo?
Entonces, cada módulo que se fabrica haría copias de sí misma, y así sucesivamente. Así, la población de satélites de panel solar crecería exponencialmente, cubriendo el tamaño de Nevada en unos meses o años.
La Tierra no tiene los recursos para construir todos esos robots, así que en su lugar podríamos enviar la máquina auto-replicante a la Luna, sugiere Lewis-Weber. Allí, podría explotar el suave regolito lunar para extraer aluminio, hierro y silicio, para convertirse en partes de sus satélites solares “bebés”.
Construir robots auto-replicantes no será fácil, pero Lewis-Weber tiene un plan. El primer paso sería simplificar el diseño de los paneles solares tanto como sea posible. «En lugar de tener 1.000 diferentes tipos de tornillos», dice, «vamos a tener cinco. En lugar de tener diferentes moldes para diferentes partes, vamos a tener una impresora 3D». Por su complejidad, los robots auto-replicantes aún no existen, y “será un desafío de ingeniería muy duro”, admite Lewis-Weber. Pero parece posible. Científicos han hecho muchos progresos en construir máquinas que puedan reproducir y una impresora 3D se asemeja mucho; puede imprimir hasta el 73% de una copia exacta a ella.
“Estos pasos pueden completarse en los próximos años si se empieza ya, con una inversión de 350 millones de dólares”, Otros cientificos más junto con Lewis-Weber, trabajarán en conseguir financiación mientras se dirige a las principales universidades de sus países.
Mientras tanto, continuaremos utilizando la energía solar fotovoltaica desde suelo terrestre, como estamos acostumbrados. ¿Necesitas más información para realizar tu instalación en la Tierra?
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