Energía solar espacial

Capturar energía solar en el espacio para usarla como fuente de energía en la Tierra parece algo descabellado. Pero los avances recientes podrían convertirlo en realidad en los próximos años.

No se puede captar energía solar por la noche. Al menos no en la Tierra. Aprovechando la Semana del Espacio, pensamos que sería oportuno analizar una idea prometedora, aunque futurista, que podría revolucionar la generación de energía solar: la energía solar espacial (SBSP, por sus siglas en inglés). Si bien el Departamento de Energía no está investigando activamente la SBSP, esperamos que dediquen un momento a conocer este innovador concepto.

La idea de capturar energía solar en el espacio para usarla como fuente de energía en la Tierra existe desde los inicios de la era espacial. Sin embargo, en los últimos años, científicos de todo el mundo —y varios investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía— han demostrado cómo los recientes avances tecnológicos podrían convertir este concepto en realidad.

En la Tierra, la energía solar se ve muy reducida por la noche, la nubosidad, la atmósfera y la estacionalidad. Aproximadamente el 30 % de la radiación solar incidente nunca llega a la superficie terrestre. En el espacio, el sol brilla constantemente, la inclinación de la Tierra no impide la captación de energía y no hay atmósfera que reduzca la intensidad de los rayos solares. Esto convierte la instalación de paneles solares en el espacio en una posibilidad muy atractiva. Además, la energía solar espacial puede utilizarse para proporcionar energía limpia y fiable a personas en comunidades remotas de todo el mundo, sin depender de la red eléctrica tradicional ni de una gran central eléctrica local.

¿Cómo funciona?

Los satélites autoensamblables se lanzan al espacio junto con reflectores y un transmisor de energía por microondas o láser. Los reflectores o espejos inflables se extienden por una vasta área del espacio, dirigiendo la radiación solar hacia paneles solares. Estos paneles convierten la energía solar en microondas o láser y la transmiten de forma ininterrumpida a la Tierra. En la Tierra, las estaciones receptoras de energía recogen la señal y la incorporan a la red eléctrica.

Los dos diseños más comúnmente discutidos para el SBSP son un satélite grande de transmisión por microondas para el espacio profundo y un satélite más pequeño de transmisión láser para el espacio cercano.

Satélites transmisores de microondas

Los satélites transmisores de microondas orbitan la Tierra en órbita geoestacionaria (GEO), a unos 35 000 km sobre la superficie terrestre. Su diseño es de gran envergadura, con reflectores solares que abarcan hasta 3 km y pesan más de 80 000 toneladas métricas. Serían capaces de generar varios gigavatios de energía, suficiente para abastecer a una gran ciudad estadounidense.

La gran longitud de onda de las microondas requiere una antena larga y permite transmitir energía a través de la atmósfera terrestre, llueva o haga sol, a niveles de intensidad bajos y seguros, apenas superiores a la del sol del mediodía. Las aves y los aviones prácticamente no notarían nada que cruzara su trayectoria.

El coste estimado de lanzar, ensamblar y operar un satélite geoestacionario equipado con microondas asciende a decenas de miles de millones de dólares. Probablemente se necesitarían hasta 40 lanzamientos para que todos los materiales necesarios llegaran al espacio. En la Tierra, la rectena utilizada para captar el haz de microondas tendría un diámetro de entre 3 y 10 km, ocuparía una enorme superficie y su adquisición y desarrollo supondrían un gran desafío.

Satélites transmisores láser

Los satélites transmisores láser, como los descritos por nuestros colegas del LLNL , orbitan en órbita terrestre baja (LEO) a unos 400 km sobre la superficie terrestre. Con un peso inferior a 10 toneladas métricas, este satélite pesa una fracción del peso de su contraparte de microondas. Este diseño también es más económico; algunos predicen que un satélite SBSP equipado con láser costaría cerca de 500 millones de dólares para su lanzamiento y operación. Sería posible lanzar el satélite autoensamblable completo en un solo cohete, reduciendo drásticamente el costo y el tiempo de producción. Además, al utilizar un transmisor láser, el haz tendrá un diámetro de tan solo unos 2 metros, en lugar de varios kilómetros, una reducción drástica e importante.

Para que esto sea posible, el sistema de transmisión de energía solar del satélite emplea un láser alcalino bombeado por diodos. Este láser, que se presentó por primera vez en el LLNL en 2002 —y que actualmente sigue en desarrollo allí—, tendría aproximadamente el tamaño de una mesa de cocina y la potencia suficiente para transmitir energía a la Tierra con una eficiencia extremadamente alta, superior al 50 por ciento.

Si bien este satélite es mucho más ligero, económico y fácil de desplegar que su contraparte de microondas, aún presenta serios desafíos. La idea de utilizar láseres de alta potencia en el espacio podría generar temores sobre la militarización del espacio. Este desafío podría solucionarse limitando la dirección en la que el sistema láser puede transmitir su energía.

Debido a su menor tamaño, su capacidad es consecuentemente menor, de entre 1 y 10 megavatios por satélite. Por lo tanto, este satélite sería ideal como parte de una flota de satélites similares, utilizados conjuntamente.

Se podría decir que la energía solar espacial (SBSP) está muy lejos de ser una realidad o una utopía (valga la redundancia), y en gran medida tendrías razón. Sin embargo, ya existen muchas tecnologías que la hacen factible, y muchas otras están a punto de desarrollarse. Si bien el Departamento de Energía no está desarrollando actualmente ninguna tecnología específica para la SBSP, muchas de las tecnologías restantes necesarias podrían desarrollarse de forma independiente en los próximos años. Y aunque desconocemos el futuro de la energía obtenida del espacio, nos entusiasma ver cómo ideas como esta cobran vida (vale, este es el último juego de palabras, lo prometo).