Transmitir energía del espacio a la Tierra, un paso adelante para la humanidad

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Midiendo Civilizaciones en el Universo

En cosmología , la escala de Kardashev es un método para medir el nivel de desarrollo de una civilización. Aunque teórica, la escala de Kardashev describe una dirección de la civilización vinculada al uso de energía.

En consecuencia, la civilización cósmica básica se divide en tres niveles. Una civilización de nivel I es capaz de explotar y utilizar los recursos energéticos de un planeta. Una civilización de nivel II es capaz de explotar y utilizar recursos energéticos en una estrella (como nuestro Sol) u otros objetos del sistema solar.

Transmitiendo energía del espacio a la Tierra, el nuevo paso de la civilización humana, imagen 1 — Simula la estatura de tres tipos de civilizaciones según lo determinado por la escala de Kardashev. Foto: Wiki

Una civilización de nivel III es mucho más avanzada, donde una civilización es capaz de aprovechar y utilizar la energía de una galaxia entera, como en las películas de ciencia ficción sobre guerras intergalácticas o guerras intergalácticas.

Así, si se compara con los 3 niveles mencionados anteriormente, la civilización humana se sitúa en el nivel I, cuando sólo ha explotado la energía disponible en la superficie de la Tierra. Pero nuevos avances en la ciencia espacial y la cosmología muestran que estamos empezando a avanzar hacia una civilización espacial de nivel II, en la que planeamos explotar energía u otros recursos de objetos del espacio exterior.

Y este año, el equipo del profesor de ingeniería eléctrica Ali Hajimir, del Instituto de Tecnología de California (Caltech, en California, EE.UU.) dio un paso más hacia un plan para producir energía solar en el espacio y transmitirla de vuelta a la Tierra, un pequeño paso que, de tener éxito, demostraría que la humanidad podría entrar en una civilización espacial de nivel II.

Transmitiendo energía del espacio a la Tierra, un nuevo paso en la civilización humana, imagen 2 — Simulación del satélite de energía solar CASSIOPeiA, de diseño británico. La energía solar recogida desde el espacio se dirigirá a un lugar seleccionado en la superficie de la Tierra. Foto: Space Solar

¿Cómo obtener energía del espacio?

El profesor de ingeniería eléctrica Hajimir ha pasado una década investigando formas de lanzar células solares al espacio y transmitir energía a la Tierra. En enero de este año, su equipo lanzó Maple, un prototipo solar espacial de 30 centímetros de largo equipado con un transmisor ultraligero y flexible. El propósito de este transmisor es recoger energía del Sol y transmitirla de forma inalámbrica al espacio. Como resultado, la cantidad de electricidad que recolectó el equipo fue suficiente para encender un par de luces LED.

Sin embargo, el objetivo a largo plazo de los investigadores es ver si Maple puede transmitir esta energía a la Tierra. En mayo, el equipo decidió realizar un experimento para ver qué pasaba. En la azotea del campus de Caltech en Pasadena, California, Hajimiri y otros científicos captaron la señal de Maple. Aunque la cantidad de energía detectada fue demasiado pequeña para ser de alguna utilidad, aun así lograron transmitir energía de forma inalámbrica desde el espacio.

De hecho, la idea de generar energía solar en el espacio existe desde 1941, cuando el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov la describió en un cuento. En las décadas transcurridas desde entonces, países como Estados Unidos, China y Japón hanexplorado la idea, pero en gran medida la han abandonado después de años.

En esencia, la generación de energía solar en el espacio significa que los humanos en la Tierra pueden aprovechar la enorme energía del Sol en el espacio, donde la luz está disponible constantemente, sin verse afectada por condiciones climáticas adversas como la nubosidad, la hora de la noche o las estaciones.

Hay varias ideas sobre cómo hacerlo, pero la forma en que funciona es más o menos así: se lanzarían satélites alimentados con energía solar con un diámetro de más de 1,6 km a una órbita de gran altitud. Debido a su enorme tamaño, los satélites estarán compuestos por cientos de miles de módulos más pequeños. Los robots autónomos se encargarán entonces del montaje de satélites en el espacio como si se tratase de “colocar piezas de Lego”, explica Martin Soltau, director general de la empresa británica Space Solar.

Los paneles solares del satélite recogerán energía solar, la convertirán en microondas y la transmitirán de forma inalámbrica a la Tierra a través de un transmisor muy grande que puede llegar a puntos específicos del suelo con precisión. Las microondas pueden atravesar fácilmente las nubes y el mal tiempo y llegar a una antena receptora hecha de malla en la Tierra, según Soltau. Aquí las microondas se convertirán en electricidad y se inyectarán a la red eléctrica.

Transmitiendo energía del espacio a la Tierra, el nuevo paso de la civilización humana, imagen 3 — Las microondas pueden atravesar fácilmente las nubes y el mal tiempo y llegar a la antena receptora en la Tierra. Las microondas luego se convierten nuevamente en electricidad y se inyectan a la red eléctrica. Foto: ESA

Con un diámetro de aproximadamente 6 km, la antena receptora se puede construir en tierra o en el mar. Debido a que estas estructuras de rejilla son casi transparentes, la tierra debajo de ellas se puede utilizar para paneles solares, granjas u otras actividades.

Enorme potencial y enormes desafíos

Según estimaciones de los científicos, un satélite que recolecte energía solar en el espacio podría proporcionar hasta 2 gigavatios de electricidad, casi igual a la capacidad de dos plantas de energía nuclear promedio en Estados Unidos.

Sin embargo, esta tecnología se enfrenta a una gran barrera: el coste de instalar centrales eléctricas en órbita es muy elevado. Underwood, un profesor británico, dijo a CNN que la tecnología de energía espacial "no es ciencia ficción", sin embargo, el mayor obstáculo es el enorme costo de poner una planta de energía en órbita.

Sin embargo, en la última década, eso ha comenzado a cambiar a medida que compañías aeroespaciales como SpaceX y Blue Origin han comenzado a desarrollar cohetes reutilizables. Los costos de lanzamiento hoy rondan los 1.500 dólares por kilo, aproximadamente 30 veces más bajos que durante la era del transbordador espacial a principios de los años 1980.

Si el experimento tiene éxito, la idea de generar energía solar en el espacio podría proporcionar una fuente abundante de energía para países desarrollados con grandes necesidades de electricidad pero que carecen de infraestructura. Además, esta fuente de energía también podría abastecer a muchas ciudades y pueblos remotos del Ártico que quedan sumidos en la oscuridad total durante meses cada año, así como apoyar a las comunidades que se quedan sin electricidad debido a desastres naturales o conflictos.

Aunque todavía hay una gran brecha entre el concepto y la comercialización, muchos países y empresas de todo el mundo creen que la energía solar espacial puede satisfacer la creciente demanda de electricidad limpia, ayudando al mismo tiempo a lidiar con la actual crisis climática que se agrava.

Transmitiendo energía del espacio a la Tierra, un nuevo paso de la civilización humana, imagen 4 — Simulación de satélite de energía solar en el espacio. Foto: ESA

En mayo de 2020, el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. también lanzó un módulo en un vehículo de prueba orbital para probar el hardware de generación de energía solar en condiciones espaciales. Además, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. también planea lanzar un pequeño vehículo experimental llamado Arachne en 2025. La Academia de Tecnología Espacial de China también tiene como objetivo lanzar un satélite de batería solar en órbita baja en 2028 y en órbita alta en 2030.

Además, la Unión Europea también está desarrollando el programa Solaris para determinar la viabilidad técnica de la energía solar en el espacio. Mientras tanto, el Reino Unido realizó un estudio independiente y concluyó que la generación de energía solar en el espacio es técnicamente factible, con diseños como el satélite CASSIOPeiA (de 1,7 km de largo, capaz de proporcionar 2 gigavatios de electricidad).

En cuanto al equipo de Hajimiri en California, él y sus colegas han pasado el último medio año probando prototipos para recopilar datos para la próxima generación de diseños. El objetivo final de Hajimiri, entonces, es una serie de velas livianas y flexibles que puedan enrollarse, lanzarse y desplegarse en el espacio, con miles de millones de partes trabajando en perfecta sincronización para entregar energía donde se necesita.

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