Redacción NM
Ali Hajimiri ha pasado una década investigando cómo colocar paneles solares en el espacio y transmitir energía a la Tierra. Sin embargo, cuando el profesor de ingeniería eléctrica de Caltech habla de su trabajo, la gente siempre tiene tres preguntas, normalmente en este orden: ¿Por qué no simplemente instalar paneles solares en la Tierra? ¿Vas a freír pájaros en el cielo? ¿Estás construyendo una Estrella de la Muerte?
Hajmiri bromea diciendo que planea imprimir las respuestas en una tarjeta. "Lo tendré en mi billetera para mostrárselo a la gente," él dijo.
Originalmente un escéptico solar espacial, el interés de Hajimiri se despertó cuando comenzó a mirar más de cerca la idea.
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"En promedio, se obtiene aproximadamente ocho veces más energía en el espacio." en comparación con la energía solar en la Tierra, dijo a CNN. El rayo tampoco matará animales. ¿Y en cuanto a la Estrella de la Muerte? El rayo no será lo suficientemente potente como para utilizarlo como arma, añadió.
Este año, Hajimiri y su equipo dieron un paso hacia hacer realidad la energía solar basada en el espacio.
En enero lanzaron Maple, un prototipo solar espacial de 30 centímetros de largo equipado con transmisores ligeros y flexibles. El objetivo era recolectar energía del sol y transferirla de forma inalámbrica en el espacio, lo cual hicieron, logrando enciende un par de LED.
Pero el "amplíe su meta" Era ver si Maple también podía transmitir energía detectable a la Tierra. En mayo, el equipo decidió lanzar un "ejecución en seco" para ver qué pasaría. En una azotea del campus de Caltech (Instituto de Tecnología de California) en Pasadena, California, Hajimiri y los otros científicos pudieron captar la señal de Maple.
La cantidad de energía que detectaron era pequeña, demasiado pequeña para ser útil, pero habían logrado transmitir energía de forma inalámbrica desde el espacio.
"Fue sólo después de que nos dimos cuenta un poco de que, bueno, esto era algo muy especial," dijo Hajimiri.
La energía solar basada en el espacio puede parecer una idea descabellada y futurista, pero no es nueva. Ya en 1941, el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov lo describió en un cuento. En las décadas posteriores, países como Estados Unidos, China y Japón han explorado la idea, pero durante años fue descartada. "La economía estaba simplemente fuera de lugar," dijo Martin Soltau, director ejecutivo de la empresa Space Solar, con sede en el Reino Unido.
Esto puede estar cambiando ahora a medida que el costo del lanzamiento de satélites cae drásticamente, la tecnología solar y robótica avanza rápidamente y la necesidad de abundante energía limpia para reemplazar los combustibles fósiles que calientan el planeta se vuelve más urgente.
Hay una "nexo de diferentes tecnologías que se unen ahora mismo, justo cuando lo necesitamos," dijo Craig Underwood, profesor emérito de ingeniería de naves espaciales en la Universidad de Surrey en el Reino Unido.
El problema es que estas tecnologías tendrían que implementarse a una escala como nunca antes se había hecho.
¿Qué es la energía solar espacial?
En esencia, la energía solar basada en el espacio es un concepto bastante sencillo. Los humanos podrían aprovechar el enorme poder del sol en el espacio, donde está disponible constantemente (sin verse afectado por el mal tiempo, la nubosidad, la noche o las estaciones) y transmitirlo a la Tierra.
Hay diferentes conceptos, pero funcionaría más o menos así: enormes satélites de energía solar, cada uno de más de una milla de largo con un diámetro, se enviarían a una órbita muy alta.
Debido al tamaño colosal de estas estructuras, estarían formadas por cientos de miles de módulos mucho más pequeños fabricados en masa, "como ladrillos de Lego," Soltau dijo a CNN que se ensamblarían en el espacio mediante máquinas de ensamblaje robóticas autónomas.
Las células solares del satélite capturarían la energía del sol, la convertirían en microondas y la transmitirían a la Tierra de forma inalámbrica a través de un transmisor muy grande, capaz de alcanzar puntos específicos del suelo con precisión.
Las microondas, que pueden viajar fácilmente a través de las nubes y del mal tiempo, se dirigirían a una antena receptora (o "rectina") en la Tierra hecha de malla – "Piense en una especie de red de pesca colgada de cañas de bambú," Soltau dijo: donde las microondas se convertirían nuevamente en electricidad y se inyectarían a la red.
La reccena, de aproximadamente 6 kilómetros de diámetro, podría construirse en tierra o en alta mar. Y debido a que estas estructuras de malla serían casi transparentes, la idea es que el terreno debajo de ellas podría usarse para paneles solares, granjas u otras actividades.
Un solo satélite solar espacial podría entregar hasta 2 gigavatios de energía, aproximadamente la misma cantidad que dos centrales nucleares promedio en los EE.UU.
¿Una idea cuyo tiempo ha llegado?
hay "nada de ciencia ficcion" sobre energía solar basada en el espacio, dijo a CNN Underwood, el profesor del Reino Unido. La tecnología está madura, afirmó. "El gran obstáculo ha sido simplemente el coste de poner una central eléctrica en órbita."
Durante la última década, eso ha comenzado a cambiar a medida que empresas como SpaceX y Blue Origin comenzaron a desarrollar cohetes reutilizables. Los costos de lanzamiento actuales, de alrededor de 1.500 dólares (2.193 dólares) por kilogramo, son aproximadamente 30 veces menores que en la era del transbordador espacial de principios de los años 1980.
Y si bien lanzar miles de toneladas de material al espacio parece que tendría una enorme huella de carbono, la energía solar espacial probablemente tendría una huella al menos comparable a la solar terrestre por unidad de energía, si no menor, debido a su mayor eficiencia como la luz solar. está disponible casi constantemente, dijo Mamatha Maheshwarappa, líder de sistemas de carga útil de la Agencia Espacial del Reino Unido.
Algunos expertos van más allá. Underwood dijo que la huella de carbono de la energía solar espacial sería aproximadamente la mitad que la de una granja solar terrestre que produzca la misma energía, incluso con el lanzamiento del cohete.
Pero eso no significa que la energía solar espacial deba reemplazar a las energías renovables terrestres, añadió. La idea es que podría proporcionar "carga base" poder al que se puede recurrir las 24 horas del día para llenar los vacíos cuando el viento no sopla y el sol no brilla en la Tierra.
Actualmente, la energía de base tiende a ser proporcionada por centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles o energía nuclear, que pueden funcionar con pocas interrupciones.
El poder seria "muy portátil," dijo Peter Garretson, investigador principal en estudios de defensa del Consejo Estadounidense de Política Exterior. Podría transmitirse desde el espacio, por ejemplo, hasta la cima de Europa y luego hasta el fondo de África.
Muchos defensores señalan el potencial que podría ofrecer a los países en desarrollo con grandes necesidades energéticas pero con falta de infraestructura. Todo lo que necesitarían es una reccena.
"Proporcionará una democratización real de una energía abundante y asequible," Dijo Soltau.
La energía solar basada en el espacio también podría ayudar a alimentar ciudades y pueblos remotos del Ártico que se encuentran en una oscuridad casi total durante meses cada año, y podría transmitir energía para apoyar a las comunidades que sufren cortes durante desastres climáticos o conflictos.
Los desafios
Todavía existe un enorme abismo entre el concepto y la comercialización.
Sabemos cómo construir un satélite y sabemos cómo construir un panel solar, dijo Maheshwarappa de la Agencia Espacial del Reino Unido. "Lo que no sabemos es cómo construir algo tan grande en el espacio."
Pone el ejemplo del Burj Khalifa en Dubái, el edificio más alto del mundo, que mide unos 830 metros.
"Las estructuras de las que estamos hablando son el doble," dijo Maheshwarappa a CNN. "Así que ni siquiera hemos construido algo tan grande en la Tierra, y mucho menos en el espacio."
Los científicos también necesitan descubrir cómo utilizar la inteligencia artificial y la robótica para construir y mantener estas estructuras en el espacio.
"Las tecnologías habilitadoras aún se encuentran en un nivel muy bajo de preparación tecnológica," dijo Maheshwarappa.
Luego está la regulación de este nuevo sistema energético, para garantizar que los satélites se construyan de manera sostenible, que no haya riesgo de escombros y que tengan un plan de fin de vida útil, así como para determinar dónde deben ubicarse los sitios de recena.
La aceptación pública podría ser otro gran obstáculo, afirmó Maheshwarappa. Puede haber un miedo instintivo cuando se trata de transmitir energía desde el espacio.
Pero, según algunos expertos, estos temores son infundados. La densidad de energía en el centro de la reccena sería aproximadamente una cuarta parte de la del sol del mediodía. "No es diferente a estar frente a una lámpara de calor," Dijo Hajimiri.
Y para construir un satélite capaz de dañar a la gente, tendría que ser mucho más grande que los conceptos que se están desarrollando actualmente, dijo Hajimiri. "Cualquiera que intente empezar a construir eso, todos los demás lo sabrían."
Eso no significa que no se deban hacer preguntas, dijo. La idea es "para beneficiar a la humanidad, y si no es así, no tiene sentido."
Para algunos, sin embargo, todo el concepto de energía solar basada en el espacio está fuera de lugar.
Amory Lovins, físico y profesor adjunto de la Universidad de Stanford, dijo que sería mucho mejor para el mundo centrarse en las energías renovables terrestres. La energía extra en el espacio y la capacidad de recolectarla casi 24 horas al día. "no es lo suficientemente valioso como para pagar el costo de recolectarlo y transmitir la energía," le dijo a CNN.
Para Lovins, las promesas de que el sistema sería una gran fuente de energía de carga base tampoco se cumplen. Existen técnicas para hacer coincidir la demanda de energía con la oferta, y no al revés, sin que los consumidores se den cuenta. Tener una enorme fuente de energía que esté produciendo todo el tiempo es "indeseablemente inflexible," él dijo.
"¿Por qué gastar dinero en algo que no tiene ninguna posibilidad de negocio si tuvo éxito, cuya necesidad habrá sido satisfecha antes de que pudiera construirlo y cuyas estimaciones de costos futuros más optimistas son las mismas que el precio actual de la energía solar terrestre más baterías?" preguntó.
El futuro
Pero los gobiernos y las empresas de todo el mundo creen que la energía solar espacial es muy prometedora para ayudar a satisfacer la creciente demanda de energía limpia y abundante y abordar la crisis climática.
Soltau dijo que faltan unos cinco o seis años para tener un programa de desarrollo capaz de demostrar una prueba de concepto. Luego se necesitarán otros cinco o seis años para industrializar y ampliar el sistema a escala de gigavatios para que esté en pleno funcionamiento.
Un fuerte apoyo gubernamental será clave, afirmó. "Es algo ambicioso crear una tecnología energética completamente nueva."
En EE. UU., el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea tiene planes de lanzar un pequeño demostrador llamado Arachne en 2025, y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. lanzó un módulo en mayo de 2020 a bordo de un vehículo de prueba orbital para probar hardware solar en condiciones espaciales.
La Academia China de Tecnología Espacial, un diseñador y fabricante de naves espaciales, tiene como objetivo enviar un satélite solar a una órbita baja en 2028 y a una órbita alta para 2030, según un estudio de 2022. Noticias matutinas del sur de China informe.
Ha habido una explosión de actividad por parte del gobierno del Reino Unido. Encargó un estudio independiente que reportado en 2021 se demostró que la energía solar espacial era técnicamente viable, destacando diseños como el CASSIOPeiA, liderado por el Reino Unido, un satélite de 1,7 kilómetros de diámetro que pretende entregar 2 gigavatios de energía.
En junio de este año, el gobierno Anunciado casi £4,3 millones ($8 millones) en financiación para universidades y empresas de tecnología "para impulsar la innovación" en el sector solar espacial.
Y Europa tiene su programa Solaris, para establecer la viabilidad técnica y política de la energía solar espacial, en preparación para una posible decisión en 2025 de lanzar un programa de desarrollo completo.
"Obviamente, antes de construir algo, todo es especulación," dijo Garretson, "pero hay fuertes razones para pensar que esto podría ser económicamente posible y viable."
De vuelta en California, Hajimiri y su equipo han pasado los últimos seis meses realizando pruebas de estrés de su prototipo para extraer datos que se utilizarán en la próxima generación de diseño.
La visión definitiva de Hajimiri es una serie de velas ligeras y flexibles, que se pueden enrollar, lanzar y desplegar en el espacio, con miles de millones de elementos trabajando en perfecta sincronización para enviar energía donde se necesita.
Considera su proyecto como "parte de esta larga cadena de personas que se basan en el trabajo de los demás y se ayudan mutuamente," él dijo. "Así que tal vez estemos dando un paso importante, pero no es el último."
