Este pequeño proyecto piloto busca probar la capacidad de captura de energía solar, su transformación en microondas y su transmisión a largas distancias. Y hoy, después de aproximadamente cinco meses, la universidad puede celebrar el éxito de su Proyecto de Energía Solar Espacial.
Del sueño a la realidad: energía solar desde el espacio.
La idea de llevar paneles solares al espacio para generar energía fotovoltaica las 24 horas del día comenzó a tomar forma a finales de la década de 1960, pero su notoriedad pública se debe a un relato de ciencia ficción varios años antes. En 1941, Isaac Asimov publicó «Razonamiento», describiendo un mundo en el que los seres humanos recolectaban energía solar desde una estación orbital y la enviaban a la Tierra a través de ondas de radio.
Convertir este concepto en realidad no ha sido fácil, pero hoy más de un proyecto está trabajando para hacer tangibles las ideas de Asimov. Con los nuevos objetivos de transición energética como aliados, varios países y agencias espaciales se han embarcado en esta empresa. En junio de 2022, China anunció que había probado en tierra la primera estructura funcional de fotovoltaico inalámbrico, con el objetivo de tener una central solar experimental en órbita para 2035. La Agencia Espacial Japonesa también busca lanzar sus primeros paneles solares espaciales en 2025.
Incluso la Agencia Espacial Europea (ESA) está financiando proyectos de fotovoltaica orbital, y en el Reino Unido, el gobierno ha encargado una investigación sobre las centrales solares en el espacio para evaluar su viabilidad, con la posibilidad de tener una primera estación fotovoltaica de demostración en 2040.
¿Cómo funciona el prototipo de fotovoltaico inalámbrico?
El trabajo realizado por Caltech en el Proyecto de Energía Solar Espacial lidera actualmente la carrera espacial. El prototipo de Energía Solar Espacial (SSPD, por sus siglas en inglés) despegó el 3 de enero a bordo del cohete Falcon 9 en la misión Transporter-6 de SpaceX. Pocas semanas después del lanzamiento, comenzaron las pruebas de las diversas tecnologías a bordo del SSPD. Esta pequeña plataforma de demostración consta de tres experimentos:
- DOLCE: una estructura plegable de aproximadamente 1,8 m2 que sirve como arquitectura modular base para instalar los paneles solares. En un futuro, varias unidades DOLCE formarán una constelación a gran escala, creando una central fotovoltaica en órbita.
- ALBA: una colección de 32 tipos diferentes de células solares que permitirán a los científicos evaluar cuál es la más eficiente para los futuros paneles solares en el espacio.
- MAPLE: una matriz de transmisores de potencia de microondas, ligeros y flexibles, controlados por chips electrónicos personalizados construidos con tecnologías de silicio de bajo costo.
Es precisamente este último elemento el que ha emocionado al instituto californiano. MAPLE fue desarrollado por un equipo de Caltech liderado por el profesor Ali Hajimiri.
A través de los experimentos que hemos realizado hasta ahora, hemos confirmado que MAPLE puede transmitir energía con éxito a los receptores en el espacio. También pudimos programar el módulo para dirigir su energía hacia la Tierra, lo cual hemos detectado aquí en Caltech. Por supuesto, lo habíamos probado en la Tierra, pero ahora sabemos que puede sobrevivir al viaje espacial y operar allí.
Ali Hajimiri
El éxito de MAPLE.
Utilizando la interferencia constructiva y destructiva entre los transmisores individuales, el sistema puede mover el enfoque y la dirección de la energía emitida sin ninguna parte móvil. Gracias a elementos de control precisos, puede dirigir dinámicamente la potencia selectivamente hacia la ubicación deseada.
Hasta donde sabemos, nadie ha demostrado antes la transferencia de energía inalámbrica en el espacio, incluso con estructuras rígidas y costosas. Lo estamos logrando con estructuras flexibles y ligeras, junto con nuestros circuitos integrados. Es la primera vez.
Ali Hajimiri
La energía transmitida fue detectada por un receptor en el techo del Laboratorio de Ingeniería Gordon y Betty Moore en el campus de Caltech en Pasadena. La señal recibida apareció en el tiempo y la frecuencia esperados.
Paneles solares en el espacio: la flexibilidad es la clave.
La demostración de la transferencia de energía fotovoltaica inalámbrica en el espacio utilizando estructuras ligeras es un paso importante hacia la energía solar espacial y su amplio acceso a nivel global. Los paneles solares ya se utilizan en el espacio, por ejemplo, para alimentar la Estación Espacial Internacional, pero para lanzar y distribuir sistemas lo suficientemente grandes como para proporcionar energía a la Tierra, el SSPP debe diseñar y crear sistemas de transferencia ultraligeros, económicos y flexibles.
Harry Atwater, líder de la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Cátedra Otis Booth.
Las unidades individuales están diseñadas para ser empaquetadas en paquetes de aproximadamente 1 m3 de volumen, que se abrirían en órbita como cuadrados planos de aproximadamente 50 m por lado, con células solares orientadas hacia el sol en un lado y transmisores de potencia inalámbrica hacia la Tierra en el otro lado.
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