Los avances en la tecnología solar hacen plausibles las soluciones espaciales

Desde hace bastante tiempo, se realizan investigaciones exhaustivas sobre formas de capturar y utilizar energía solar basada en el espacio está en marcha. Los científicos y expertos en tecnología creen que la energía solar espacial podría ser una adición eficiente al conjunto disponible de fuentes de energía sostenibles. 

Funcionalmente, la configuración tendría paneles de recolección y recolección de energía en niveles orbitales, que transmitirán energía solar a sus homólogos receptores ubicados en el planeta Tierra. Y como se trata del espacio, el planeta Tierra y la ruta de transmisión entre estos dos puntos, debe estar constituido por soluciones tecnológicas sofisticadas. 

Es prometedor que los avances logrados en tecnología solar en todo el mundo hayan hecho posible la producción de energía solar espacial. Pero antes de profundizar en ellas, echemos un vistazo rápido a lo que significan las soluciones de energía solar basadas en el espacio y cuáles son sus ventajas. 

La energía solar espacial y sus ventajas

Según datos presentados por el Departamento de Energía de Estados Unidos, cada hora en la Tierra recibimos más energía solar de la que podemos utilizar en un año. Casi el 30% de esta energía regresa al espacio sin ser utilizada por la atmósfera. Esta energía se puede capturar y utilizar de manera eficiente si implementamos mecanismos robustos de energía solar basados ​​en el espacio. 

En este sistema, los paneles solares satelitales pueden captar y transmitir más energía que los paneles solares ubicados en la superficie terrestre. Su rendimiento es superior gracias a las ventajas de estar en el espacio. Según la descripción de la DEA, estos: 

"Los satélites transmisores de energía equipados con paneles solares recogen radiación solar ininterrumpida de alta intensidad". 

El suministro es ininterrumpido porque, en el espacio, no hay nubes ni noche. 

La tecnología implica desplegar espejos gigantes que reflejan enormes cantidades de rayos solares en colectores solares más pequeños para que puedan transmitirse de forma inalámbrica a la Tierra de forma segura y controlada, ya sea como un microondas o un rayo láser. 

Dado que este proceso implica tecnología sofisticada, atrae soluciones innovadoras de todo el mundo. La NASA tiene ahora publicó un informe sobre la energía solar basada en el espacio para dotarse de la "información que necesita para determinar cómo puede apoyar el desarrollo de este campo de investigación".

El informe intenta evaluar los parámetros que desempeñarían un papel crucial para hacer de la energía solar espacial una opción competitiva, cuyo destino final sería lograr emisiones netas cero de gases de efecto invernadero. 

Algunos cuellos de botella tecnológicos que la NASA ha identificado para que trabajen los investigadores y tecnólogos activos en este campo son los siguientes:

• Tendrían que encontrar formas de ensamblar y mantener en órbita grandes sistemas.
• Se necesitaría investigación para hacer que esos sistemas funcionen de forma autónoma y tengan una transmisión de energía eficiente para llevar la energía recolectada a la Tierra. 
• El informe de la NASA también señala que, antes de poner en funcionamiento sistemas de energía solar espaciales, es importante abordar los costos de lanzamiento y construcción. Esto se debe a que enviar todo ese material al espacio requeriría numerosas misiones continuas para transportar la infraestructura a órbita.

El informe de la NASA cree que los sistemas de energía solar basados ​​en el espacio pueden llegar a ser plenamente productivos y operativos para 2050. A través del informe, han salido a la luz algunos de los avances históricos realizados en este campo. Por ejemplo, nos ha recordado a los científicos de JAXA que demostraron que era posible transmitir energía de forma inalámbrica y precisa en forma de microondas a través de una distancia considerable para, en última instancia, convertirla en electricidad utilizable. 

Continuando con la esencia de este logro, los científicos de Caltech, en marzo de 2023, idearon el Demostrador Espacial de Energía Solar (SSPD-1) como la primera nave espacial en transmitir de forma inalámbrica la energía solar recolectada en el espacio a la Tierra.

La NASA también ha ofrecido algunas estimaciones sobre la viabilidad económica de la energía solar espacial. Algunos de los expertos estrechamente vinculados a esta área durante mucho tiempo también han cuestionado esas estimaciones. Sin embargo, apenas se han negado los beneficios que este sistema de generación de energía promete ofrecer. Podría ayudar en casos de desastre, alimentando sensores remotos y eliminando los cuellos de botella existentes en nuestro sistema tradicional de producción de energía y su cadena de suministro. 

Al observar sus beneficios, los gobiernos nacionales de todos los países desarrollados han comenzado a invertir en él. Grandes entidades empresariales que tienen recursos para invertir, como Airbus y Northrop Grumman, también han estado trabajando incansablemente en ello. 

Ahora analizaremos algunos de sus logros en los segmentos venideros. Sin embargo, hay que tener en cuenta que es un espacio en evolución y muchos de los esfuerzos aún se encuentran en la etapa de creación de prototipos.

#1. Transmisión de energía de Airbus

Una de las principales empresas que trabaja en el avance de la tecnología solar para hacer posibles las soluciones espaciales es AirbusSu tecnología Power Beaming, desarrollada por los departamentos de Investigación y Tecnología Central y Blue Sky de la empresa, ha realizado demostraciones creíbles de cómo esto podría cambiar las reglas del juego en el panorama de la tecnología solar basada en el espacio. 

Según Jean-Dominique Coste, responsable del desarrollo de Power Beaming junto con Yoann Thueux y sus colegas: 

"El potencial de la tecnología es capturar la luz solar y luego transmitirla de forma inalámbrica". 

Estos científicos creen que esta solución energética podría ser capaz de suministrar electricidad de forma adecuada a ciudades, fábricas, hogares y aviones.

Los desarrolladores de tecnología de Airbus demostraron por primera vez el Power Beaming en la fábrica de innovación X-Works de la compañía el 27 de septiembre de 2022. Si bien se realizó a menor escala, la demostración pudo explicar suficientemente lo necesario para que el Power Beaming funcionara. 

Coste, Thueux y sus colegas utilizaron rayos de microondas para transmitir energía verde entre dos puntos que representaban el «Espacio» y la «Tierra». La distancia entre estos dos puntos era de 36 metros. La demostración también produjo hidrógeno verde para alimentar una ciudad modelo. 

Una vez finalizada la manifestación, Yoann Thueux dijo: 

"Ahora que hemos probado con éxito por primera vez los componentes clave de un futuro sistema de energía solar espacial a pequeña escala, estamos listos para llevar Power Beaming al siguiente nivel".

Airbus espera que esta tecnología sea una realidad en breve. Se cree que los primeros prototipos operativos de Power Beaming estarán disponibles para su uso a principios de la década de 2030. 

En su forma definitiva aplicada, la tecnología tendría un panel solar colocado en la órbita geoestacionaria, a unos 36,000 kilómetros sobre la Tierra. Este panel solar se combinará con un panel solar del mismo tamaño en la Tierra. 

La energía recolectada en el espacio se transmitiría hacia abajo sobre un área que tendría muchas antenas distribuidas a través de ella. Estas antenas captarían los haces de energía para volver a ensamblarlos y producir electricidad. 

Una vez que este sistema alcance una escala específica, producir energía con él costaría lo mismo que en proyectos energéticos a gran escala en la Tierra que dependen de la energía nuclear, el petróleo u otras fuentes de energía renovables. Según las estimaciones, un parque solar geoestacionario generaría hasta dos gigavatios de electricidad. 

De febrero 15, 2024, Airbus publicado sus resultados para todo el año 2023, reportando unos ingresos anuales de 65.4 millones de euros, con un EBIT ajustado de 5.8 millones de euros. 

#2. Northrop Grumman

Otra entidad global importante que ha completado las pruebas necesarias que validan sus capacidades de tecnología espacial solar es Northrop Grumman. La empresa demostró con éxito su capacidad para transmitir energía de radiofrecuencia hacia varias antenas dirigiendo el haz. Confía en poder desarrollar su prototipo para 2025. 

Este prototipo demostraría la capacidad de la compañía para transmitir energía de radiofrecuencia al planeta. La tecnología es desarrollada por Northrop Grumman Investigación y demostraciones incrementales de energía solar espacial (SSPIDR). 

Según Tara Theret, directora del programa SSPIDR: 

“Ahora solo se trata de construir, probar e integrar el resto del hardware en un plazo exigente”.

El trabajo futuro en este proceso incluye la reducción de los componentes electrónicos y el aumento del número de placas sándwich. Estas placas sándwich son paneles fotovoltaicos que captan la energía solar y la transmiten a la siguiente capa, la cual cuenta con componentes que permiten la conversión de energía solar a radiofrecuencia y contribuyen a la formación de los haces. 

La empresa también fabrica el hardware de vuelo necesario para ensamblar el sistema y lanzarlo en su plataforma ESPAStar. Esta plataforma es un bus satelital que proporciona a las cargas útiles la propulsión, la potencia, el control de actitud y la comunicación necesarios. 

En una validación del trabajo que ha estado realizando, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Estados Unidos alentó los esfuerzos de Northrop Grumman con un contrato de 100 millones de dólares en 2018, mediante el cual desarrollaría una carga útil para demostrar componentes clave del prototipo de sistema de energía solar espacial.

Las autoridades de la Fuerza Aérea pretendían catalizar los esfuerzos de desarrollo necesarios para construir un prototipo de sistema espacial que pudiera energizar las bases militares estadounidenses con energía solar. 

En general, al señalar el potencial que las soluciones espaciales en tecnología solar tienen para el futuro, Tara Theret dijo: 

“La radiación de energía solar espacial tiene el potencial de proporcionar energía en cualquier lugar de la Tierra en cualquier momento. Esta tecnología podría hacer que la energía esté disponible para ubicaciones remotas que necesitan equipos médicos y de comunicaciones”.

Northrop Grumman ventas totales registradas de US$36.6 millones en el año fiscal que finalizó el 31 de diciembre de 2022. Los ingresos del sector de Sistemas Espaciales se acercaron a los US$12.3 millones, un aumento notable con respecto a los US$10.6 millones del año anterior. De los US$12.3 millones en ingresos de 2022, el 94 % provino del gobierno estadounidense, mientras que el 3 %, el 2 % y el 1 % restantes provinieron de ventas internacionales, ventas a otros clientes y ventas entre segmentos, respectivamente. 

#3. CESI

CESI, con sede en Milán, Italia, tiene tres décadas de experiencia en la realización de investigaciones, desarrollo y producción de células solares altamente eficientes para aplicaciones espaciales. Más importante aún, es uno de los proveedores mundiales más buscados de celdas multiunión que utilizan arseniuro de galio y fosfuro de indio y galio. 

CESI dispone de una gama de células espaciales de triple unión. Estas células, además del arseniuro de galio y el fosfuro de indio y galio, también incluyen germanio. Estas células resultan eficaces para los satélites de órbita terrestre baja y de órbita geoestacionaria. Estos productos también cumplen con los estándares ECSS E ST20-08C requeridos. CESI está ahora en camino de implementar cuatro celdas de unión que tendrán niveles más altos de eficiencia que tres celdas de unión. 

En el futuro, CESI aspira a ofrecer una amplia gama de células solares espaciales que satisfagan cualquier requisito del programa espacial. Hasta la fecha, los esfuerzos de CESI han dado como resultado más de 200,000 células solares, que alimentan más de 70 satélites civiles para clientes en 25 países. 

CESI tiene su propia tecnología para fabricar células solares en Milán. A lo largo de los años, ha construido una red profunda y muy unida con muchas agencias y actores espaciales internacionales. 

Al igual que Northrop Grumman, CESI también colabora con el Gobierno Nacional Italiano y ha recibido financiación de la Agencia Espacial Nacional Italiana (ASI) y la Agencia Espacial Europea (ESA). Ha fabricado células solares avanzadas para satisfacer las necesidades del Programa Espacial Europeo y de numerosas misiones interplanetarias. 

Según las últimas disponibles divulgación de información financiera, la empresa obtuvo unos ingresos de más de 87 millones de coronas checas en el ejercicio financiero que finalizó el 31 de diciembre de 2022. 

Avances en la tecnología solar espacial: el camino a seguir

La tecnología solar espacial ha encontrado su lugar al demostrar su valor a la comunidad global, lo que ha llevado a gobiernos nacionales de todo el mundo a invertir en ella con gran entusiasmo. En Estados Unidos, esto se tradujo en acción cuando el Laboratorio de Investigación Naval realizó un experimento en 2020 para capturar la luz solar y convertirla en energía eléctrica de corriente continua. Para ello, utilizó el avión espacial X-37B de la Fuerza Aérea. 

Mientras tanto, los esfuerzos internacionales también están ganando impulso. Las autoridades chinas se han fijado objetivos ambiciosos con su plan para 2028 para una demostración espacial dirigida por la Academia China de Tecnología Espacial. En Europa, Solaris destaca como un programa de investigación de tres años de duración y bien financiado, tras haber recibido luz verde de la Agencia Espacial Europea. El Reino Unido también está en la carrera, ya que ha estado ofreciendo subvenciones para estudios sobre el aprovechamiento de la energía solar en el espacio. 

Evidentemente, empresas innovadoras, organizaciones globales grandes e ingeniosas y gobiernos de todo el mundo han estado trabajando juntos para capturar y aprovechar la energía que el espacio tiene para ofrecernos. Con esa energía solar ininterrumpida y no utilizada esperando ser aprovechada y aprovechada en beneficio del planeta, el futuro parece realmente prometedor.

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