A pesar de muchos desafíos, la tecnología de generar energía solar en el espacio y transmitirla a la Tierra mediante rayos de microondas podría ayudar a los humanos a escapar de la dependencia de los combustibles fósiles.
Simulación del sistema de generación de energía solar espacial SPS-ALPHA. Foto: NASA
La idea de la energía solar espacial (SBSP), que utiliza satélites para captar energía del Sol y transmitirla a puntos receptores en la Tierra, existe desde al menos finales de la década de 1960, según Science Alert . A pesar de su enorme potencial, la idea no ha cobrado mucha fuerza debido a su coste y a las dificultades tecnológicas. Si se logra resolver el problema, la SBSP podría convertirse en un elemento clave para la transición mundial de los combustibles fósiles a las energías renovables.
La humanidad ha aprovechado la energía solar desde hace mucho tiempo mediante diversas tecnologías, como la fotovoltaica (PV) y la termosolar (STE). La energía solar también se obtiene indirectamente, como la energía eólica, generada por el calentamiento desigual de la atmósfera por el sol. Sin embargo, estas formas de producción de energía verde tienen limitaciones. Ocupan grandes extensiones de terreno y están limitadas por la luz solar y el viento disponibles. Por ejemplo, los parques solares no pueden captar energía por la noche y la captan menos en invierno o en días nublados.
La energía fotovoltaica en órbita no se ve limitada por la noche. Un satélite en órbita geoestacionaria (GEO), una órbita circular a 36 000 km sobre la Tierra, está expuesto al Sol más del 99 % del año. Esto le permite producir energía verde las 24 horas del día, los 7 días de la semana. La GEO es ideal para transmitir energía desde una nave espacial a un receptor o estación terrestre, ya que el satélite permanece en la misma posición con respecto a la Tierra. Los investigadores afirman que la energía solar disponible en la GEO es 100 veces mayor que la demanda mundial de electricidad estimada de la humanidad para 2050.
Enviar la energía captada en el espacio a la Tierra requiere transmisión inalámbrica. El uso de microondas para transmitir energía minimiza las pérdidas atmosféricas, incluso con cielo nublado. El haz de microondas transmitido por el satélite se concentra en una estación terrestre, donde una antena convierte las ondas electromagnéticas en electricidad. La estación terrestre necesitaría tener 5 km de diámetro o más en latitudes altas. Sin embargo, esta superficie terrestre es menor que la necesaria para producir la misma cantidad de electricidad con energía solar o eólica.
Los investigadores han propuesto numerosos diseños de SBSP desde que Peter Glaser propuso la idea por primera vez en 1968. En el SBSP, la energía se transforma varias veces (luz - electricidad - microondas - electricidad) y parte de ella se pierde en forma de calor. Para suministrar 2 gigavatios (GW) a la red, el satélite necesitaría recolectar unos 10 GW.
Un diseño reciente, llamado CASSIOPeiA, consta de dos reflectores sintonizables de 2 km de ancho. Estos reflejan la luz solar sobre una serie de células solares. Un sistema generador de 1700 m de diámetro puede entonces apuntar a una estación terrestre. Se estima que el satélite pesa 2000 toneladas.
El otro diseño, denominado SPS-ALPHA, se diferencia de CASSIOPeiA en que el colector solar es una gran estructura compuesta por numerosos reflectores modulares pequeños llamados helióstatos, cada uno de los cuales puede moverse de forma independiente. Se fabrican en masa para reducir costes.
En 2023, científicos del Instituto Tecnológico de California lanzaron MAPLE, un experimento satelital a pequeña escala que transmite pequeñas cantidades de electricidad al instituto. MAPLE demostró que esta tecnología podía utilizarse para transmitir electricidad a la Tierra.
La Agencia Espacial Europea está evaluando actualmente la viabilidad del SBSP con su iniciativa SOLARIS, con planes de desarrollar plenamente la tecnología para 2025. Otros países también han anunciado recientemente planes para enviar electricidad a la Tierra para 2025 y pasar a sistemas más grandes dentro de dos décadas.
Las principales desventajas del SBSP son la gran masa requerida para su lanzamiento al espacio y el costo por kilogramo. Empresas como SpaceX y Blue Origin están desarrollando vehículos de lanzamiento de carga pesada que se centran en la reutilización de muchos de sus componentes después del vuelo. Esto podría reducir los costos de lanzamiento en un 90%. Incluso con el vehículo Starship de SpaceX, capaz de lanzar 150 toneladas de carga a la órbita baja terrestre, los satélites SBSP requerirían cientos de lanzamientos. Algunos componentes están diseñados para ser escalables y pueden imprimirse en 3D en el espacio.
La misión SBSP será desafiante y requiere una evaluación completa de riesgos. Si bien la electricidad producida será completamente ecológica, el impacto contaminante de cientos de lanzamientos es difícil de predecir. Además, controlar una estructura tan grande en el espacio requerirá grandes cantidades de combustible, lo que obligará a los ingenieros a trabajar con productos químicos tóxicos. Las células solares estarán sujetas a degradación, y su eficiencia disminuirá con el tiempo entre un 1 % y un 10 % anual. Sin embargo, el mantenimiento y el reabastecimiento de combustible pueden prolongar la vida útil del satélite. Un haz de microondas con la potencia suficiente para alcanzar el suelo puede dañar cualquier objeto a su paso. Por razones de seguridad, la densidad energética del haz de microondas debe ser limitada.
An Khang (según Science Alert )
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