Científicos transportan energía solar del espacio a la Tierra por primera vez en el mundo

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Los investigadores transmiten por primera vez a la Tierra energía solar procedente del espacio. Crédito: Caltech
Los investigadores transmiten por primera vez a la Tierra energía solar procedente del espacio. Crédito: Caltech

La energía solar espacial permite aprovechar el suministro prácticamente ilimitado de energía solar del espacio exterior. La energía solar del espacio está disponible continuamente, no está sujeta a los ciclos del día y la noche, las estaciones y la nubosidad, y puede producir hasta ocho veces más energía que los paneles solares de cualquier lugar de la superficie terrestre.

Sin embargo, almacenar la energía solar espacial, transmitirla a la Tierra y utilizarla sigue siendo un reto.

Para superar este problema, investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) han desarrollado un conjunto de microondas para el Experimento de Transferencia de Energía en Órbita Baja (MAPLE) destinado a generar y transmitir energía solar desde el espacio a la superficie terrestre.

El prototipo de energía solar espacial puesto en órbita en enero ya está operativo. Ha demostrado su capacidad para transmitir energía de forma inalámbrica en el espacio y para emitir energía detectable a la Tierra por primera vez.

Probado por el Demostrador de Energía Solar Espacial (SSPD-1), es el primer prototipo espacial del Proyecto de Energía Solar Espacial (SSPP) de Caltech que pretende recoger energía solar en el espacio y transmitirla a la superficie terrestre.

MAPLE consta de transmisores de energía por microondas, flexibles y ligeros, alimentados por chips electrónicos hechos a medida con tecnología de silicio de bajo coste. Utiliza un conjunto de transmisores para enviar la energía a los lugares deseados.

Para que el SSPP sea viable, las matrices de transmisión de energía deben ser ligeras para minimizar la cantidad de combustible necesaria para enviarlas al espacio, lo bastante flexibles para plegarse en un paquete que pueda transportarse en un cohete y, en general, una tecnología de bajo coste.

Mediante la interferencia constructiva y destructiva entre transmisores, un banco de transmisores de potencia puede cambiar el enfoque y la dirección de la energía que emite sin necesidad de piezas móviles. Un conjunto de transmisores utiliza un elemento de control programado con precisión para concentrar dinámicamente la energía en el lugar deseado mediante una combinación coherente de ondas electromagnéticas. De este modo, la mayor parte de la energía se transmite al lugar deseado.

Para recibir la energía, MAPLE cuenta con dos matrices receptoras independientes situadas a unos treinta centímetros del transmisor. A continuación, convierte la energía en electricidad de corriente continua (CC) y la utiliza para iluminar un par de LED que muestran la secuencia completa de la transmisión inalámbrica de energía a distancia en el espacio. MAPLE lo probó encendiendo cada LED individualmente en el espacio y moviéndose de uno a otro. El experimento no está sellado, por lo que está sometido al duro entorno del espacio, incluidas las grandes oscilaciones de temperatura y la radiación solar a las que algún día se enfrentarán las unidades SSPP a gran escala.

MAPLE también incluye una pequeña ventana a través de la cual el conjunto puede transmitir la energía. Esta energía transmitida fue detectada por un receptor situado en el tejado del Laboratorio de Ingeniería Gordon y Betty Moore, en el campus de Caltech en Pasadena.

Según los investigadores, la señal recibida apareció en el momento y la frecuencia esperados y tenía el desplazamiento de frecuencia correcto, tal como se predijo basándose en su viaje desde la órbita.

Los experimentos realizados hasta ahora confirman que MAPLE puede transmitir potencia con éxito a receptores situados en el espacio. Los investigadores también han podido programar el conjunto para que dirija su energía hacia la Tierra, lo que detectaron en Caltech.


"Que sepamos, nadie ha demostrado nunca la transferencia inalámbrica de energía en el espacio, ni siquiera con costosas estructuras rígidas. Nosotros lo estamos haciendo con estructuras flexibles y ligeras y con nuestros propios circuitos integrados. Es una primicia", afirma Ali Hajimiri, catedrático Bren de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica y codirector del SSPP.

"Del mismo modo que internet democratizó el acceso a la información, esperamos que la transferencia inalámbrica de energía democratice el acceso a la energía", afirma Hajimiri. "No será necesaria ninguna infraestructura de transmisión de energía sobre el terreno para recibir esta energía. Eso significa que podremos enviar energía a regiones remotas y zonas devastadas por guerras o desastres naturales."

Los investigadores probaron MAPLE en la Tierra y saben que la demostración demuestra que los transmisores de energía también podrían sobrevivir al lanzamiento y al vuelo espacial y seguir funcionando. Además, el experimento ha proporcionado información útil a los ingenieros del SSPP. Las antenas de transmisión de potencia están ensambladas en grupos de 16, cada grupo accionado por un chip de circuito integrado flexible totalmente personalizado.

El equipo de investigación está evaluando ahora el rendimiento de cada uno de los componentes del sistema evaluando los patrones de intervención en pequeños grupos y midiendo las diferencias entre las distintas combinaciones.

El proceso podría durar seis meses y permitirá al equipo detectar irregularidades y rastrearlas hasta las unidades individuales, lo que aportará información para la próxima generación del sistema..

Tras estudiar a fondo este sistema, el SSPP desplegará una constelación de naves espaciales modulares. Estas naves recogerán la luz solar, la transformarán en electricidad y, a continuación, la convertirán en microondas que se transmitirán de forma inalámbrica a larga distancia a donde sea necesario, incluidos lugares que actualmente no tienen acceso a una energía fiable.

"De la misma manera que Internet democratizó el acceso a la información, esperamos que la transferencia inalámbrica de energía democratice el acceso a la energía", afirma Hajimiri. "No será necesaria ninguna infraestructura de transmisión de energía sobre el terreno para recibir esta energía. Eso significa que podremos enviar energía a regiones remotas y a zonas devastadas por guerras o catástrofes naturales."

Fuente: Caltech

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