El planeta Tierra está generando más energías renovables que nunca, con la generación eólica y solar a la cabeza. Para 2030, el Foro Económico Mundial prevé que las energías renovables combinadas con la energía nuclear proporcionarán la mayor parte de la electricidad del mundo. Sin embargo, este crecimiento podría despuntar con más fuerza si se recolectara la energía solar también desde el espacio.
La Universidad de Caltech ha inaugurado el nuevo año espacial a lomos de SpaceX, lanzando a la órbita un experimento con el que generar energía solar a kilómetros de altitud y transmitirla a la Tierra. Los próximos meses, esta nave de 50 kilogramos cargada de instrumentos de experimentación demostrará si el trabajo de los 35 miembros del equipo de Caltech ha conseguido acercar un poco más a la humanidad a ese futuro en el que una constelación de satélites provea de energía limpia al mundo.
Las células fotovoltaicas llevan en la Tierra y el espacio varias décadas, como los paneles que alimentan a la Estación Espacial Internacional. Sin embargo, el equipo de investigadores de Caltech que ha trabajado en esta misión defiende que "era necesario repensar todo lo relacionado con la generación y transmisión de energía solar para su uso a gran escala en el espacio. Los paneles solares son voluminosos y pesados, lo que los hace costosos de lanzar, y necesitan un cableado extenso para transmitir energía", explican en un comunicado de prensa.
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Su intención es disponer de una constelación de satélites en órbita que generen energía de forma constante y sin las limitaciones climáticas que sufren los paneles en la Tierra, para abastecer al mundo de electricidad limpia. Este propósito también se lo han marcado proyectos como Solaris de la ESA (Agencia Espacial Europea) que pretende producir entre una cuarta y una tercera parte de la demanda total de electricidad de Europa, pero para ello requiere de satélites de grandes dimensiones y peso, lo que implica unos costes desorbitados.
El pasado 3 de enero, un cohete Falcon 9 de SpaceX llevó hasta el espacio el prototipo de Caltech, SSPD (Space Solar Power Demonstrator), encargado de comprobar la eficacia de esta ambiciosa misión y poner a prueba nuevas tecnologías más ligeras y resistentes que puedan proveer de energía solar a la Tierra desde el firmamento.
Proyecto SSPP
Donald Bren, presidente de la compañía Irvine, leyó en 2011 en la revista Popular Science que un panel solar colocado en el espacio sería capaz de recopilar cinco veces más energía que si se encontrara en la superficie terrestre, luchando contra los cambios climáticos del planeta y los ciclos solares. Estudios anteriores de la Sociedad Nacional del Espacio, calculaban que una banda fotovoltaica de aproximadamente 800 km podría generar tanta energía como todo el petróleo que queda en la Tierra.
Estos cálculos impactaron a Bren, quien financió con 100 millones de dólares el Proyecto de Energía Solar Espacial de Caltech (SSPP), que este año está un paso más cerca de conseguir su objetivo. Así se inició este programa de experimentación que dará sus frutos en unos meses.
Proyecto solar en el espacio de Caltech
El SSPD se ha colocado a 50 kilómetros de la Tierra y consta de tres instrumentos a bordo que implican tres experimentos distintos. El primero, DOLCE, es una estructura cuadrada de 1,8 metros por ambos lados. Su objetivo es demostrar los mecanismos de despliegue y el diseño de empaquetado de la nave espacial modular que "eventualmente crearía una constelación a escala de un kilómetro formando una central eléctrica", explica los responsables.
En segundo lugar, está ALBA, una colección de 32 tipos de células fotovoltaicas que tendrán que demostrar cada una su eficacia en ese entorno tan diferente del suelo terrestre que es el espacio. Por último, como la energía recogida debe trasladarse hasta donde es necesaria en tierra firme, MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) es el tercer experimento encargado de poner a prueba sus transmisores de energía.
Prototipo de paneles solares
Este se ha probado ya en los laboratorios con una transmisión de microondas livianos y flexibles con control de tiempo preciso que enfoca la energía selectivamente en dos receptores diferentes, como se muestra en el vídeo. "Funciona aquí en la Tierra y ha superado los rigurosos pasos requeridos para cualquier lanzamiento al espacio. Todavía existen muchos riesgos, pero haber pasado por todo el proceso nos ha enseñado lecciones valiosas", ha dicho Ali Hajimiri, profesor Bren de ingeniería eléctrica e ingeniería médica de Caltech y codirector de SSPP, antes del lanzamiento.
Estos tres elementos no son, por el contrario, los únicos a bordo, también hay una caja electrónica que interactúa con el ordenador de la nave Momentus Vigoride, el remolcador que ha ayudado a llevar el prototipo hasta allí arriba junto a SpaceX. Esta caja se encarga de controlar los tres instrumentos.
Las pruebas durarán meses
Las primeras fases del viaje serán rápidas, haciéndose esperar los experimentos más decisivos. El cohete tardó aproximadamente 10 minutos en alcanzar la altitud estimada y desplegar la nave en la órbita. Después de esos primeros momentos decisivos comienza el trabajo para desplegar los instrumentos del SSPD y poner a punto su funcionamiento, un proceso que tardará algunos días más.
Investigadores montando DOLCE
DOLCE será el primero:"planeamos comandar el despliegue de DOLCE a los pocos días de obtener acceso a SSPD de Momentus. Deberíamos saber de inmediato si DOLCE funciona", ha dicho Sergio Pellegrino, profesor de Aeroespacial Joyce y Kent Kresa de Caltech y profesor de ingeniería civil y codirector. de la SSPD, quien también es investigador senior en JPL de la NASA.
Por el contrario, la serie de células fotovoltaicas requerirá de hasta seis meses para dar resultados de su capacidad y funcionamiento con el fin de determinar qué tipos son los más adecuados para ese entorno. Por su parte, MAPLE realizará diferentes pruebas en entornos distintos, mientras dos brazos desplegables montados en DOLCE y equipados con cámaras, así como las lentes adicionales de la caja electrónica se encargan de monitorear el progreso y transmitir una retroalimentación a la Tierra.
"Toda la matriz MAPLE flexible, así como sus chips electrónicos centrales de transferencia de energía inalámbrica y elementos de transmisión, se diseñaron desde cero. Esto no se hizo con elementos que se pueden comprar porque ni siquiera existían" explica Hajimiri. En unos meses se sabrá si su trabajo a abierto un camino más eficiente para llenar el espacio de centrales solares.