La energía solar, considerada durante mucho tiempo el principal competidor entre las fuentes de energía renovable, ha avanzado significativamente en las últimas décadas. El costo de fabricación e instalación de paneles solares se ha reducido considerablemente y la eficiencia ha aumentado, lo que hace que su precio sea competitivo con el carbón, el petróleo y los combustibles fósiles. Sin embargo, algunas barreras, como la distribución y el almacenamiento, aún impiden que la energía solar se adopte de manera más agresiva. Además, está el problema siempre presente de la intermitencia, donde los arreglos no pueden recolectar energía cuando hace mal tiempo y durante la noche.
Estos problemas han llevado al concepto de energía solar basada en el espacio (SBSP), donde los satélites equipados con paneles solares podrían recolectar energía solar las veinticuatro horas del día, los siete días de la semana, los trescientos sesenta y cinco días del año. Para probar este método, investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) lanzado recientemente un demostrador de tecnología al espacio. se llama el Demostrador de energía solar espacial (SSPD), que probará varios componentes clave de SBSP y evaluará la capacidad del método para recolectar energía limpia y enviarla de regreso a la Tierra.
El SSPD se lanzó a las 06:55 a. m. PST (09:55 a. m. EST) el martes 3 de enero, sobre un SpaceX Halcón 9 cohete del Complejo de Lanzamiento Espacial 40 (SLC 40) en Cabo Cañaveral, Florida. La misión (transportador 6) era un viaje compartido dedicado que transportaba docenas de pequeños satélites al espacio y los depositaba en una órbita sincrónica solar (SSO). El satélite de 50 kilogramos (110 libras) fue transportado a bordo de un nave espacial vigorida (proporcionado por empresa espacial comercial impulso) y consistió en tres experimentos principales, cada uno encargado de probar una tecnología clave diferente.
El Proyecto de energía solar espacial (SSPP) comenzó en 2011 cuando Donald Bren, filántropo, presidente de Irvine Company y miembro vitalicio de la Junta de Síndicos de Caltech, y el entonces presidente de Caltech, Jean-Lou Chameau, se reunieron para discutir el potencial de un sistema solar basado en el espacio. proyecto de investigación de energía. En 2013, Bren y su esposa (fideicomisaria de Caltech Brigitte Bren) comenzaron a financiar el proyecto a través de la Fundación Donald Bren, que eventualmente superará los 100 millones de dólares. Como dijo Bren en un Caltech reciente presione soltar:
“Durante muchos años, soñé con cómo la energía solar basada en el espacio podría resolver algunos de los desafíos más urgentes de la humanidad. Hoy, estoy encantado de apoyar a los brillantes científicos de Caltech en su carrera para hacer realidad ese sueño”.
Si bien la tecnología detrás de las células solares existe desde finales del siglo XIX, la generación de energía solar en el espacio presenta algunos desafíos serios. Por un lado, los paneles solares son pesados y requieren un extenso cableado para transmitir energía, lo que los hace costosos y difíciles de poner en marcha. Para superar estos desafíos, el equipo SSPP tuvo que crear un satélite que fuera lo suficientemente ligero para lanzamientos rentables pero lo suficientemente fuerte para soportar el entorno extremo del espacio. Esto requirió visualizar y desarrollar nuevas tecnologías, arquitecturas, materiales y estructuras.
Varias veces, el equipo solicitó la ayuda de ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (que Caltech administra para la NASA) y otras entidades espaciales comerciales con sede en el sur de California. El resultado de esto fueron tres prototipos de bancos de pruebas dentro del SSPD, que fueron diseñados y construidos por un equipo de 35 estudiantes graduados, posdoctorados y científicos investigadores de Caltech. El equipo de Caltech comenzará las pruebas en las próximas semanas y espera completar una evaluación completa del desempeño del SSPD en los próximos meses.
El objetivo final es probar y madurar tecnologías que eventualmente se utilizarán para crear una constelación de satélites a escala de un kilómetro que es esencialmente una central eléctrica en el espacio. El tres experimentos principales incluyen el experimento compuesto ultraligero desplegable en órbita (DOLCE), el ALBA y el conjunto de microondas para el experimento de transferencia de energía en órbita baja (MAPLE). Según Caltech, estos experimentos llevarán a cabo las siguientes tareas:
- DOLCE: Una estructura que mide aproximadamente 3,5 metros cuadrados (6 x 6 pies) que demuestra la arquitectura, el esquema de empaque y los mecanismos de despliegue de la nave espacial modular.
- ALBA: Una colección de 32 tipos diferentes de celdas fotovoltaicas (PV) para permitir una evaluación de los tipos de celdas que son más efectivos en el espacio;
- ARCE: Una matriz de transmisores de potencia de microondas livianos y flexibles con un control de tiempo preciso que enfoca la potencia selectivamente en dos receptores diferentes para demostrar la transmisión de potencia inalámbrica desde el espacio.
El cuarto componente es un conjunto de componentes electrónicos que interactúa con la computadora Vigoride y controla los tres experimentos principales. Algunos elementos se probarán en las próximas semanas, mientras que otros requerirán meses para evaluarse por completo. Los paneles fotovoltaicos de ALBA necesitarán hasta seis meses de pruebas antes de que el equipo pueda determinar qué tipos de tecnología fotovoltaica serán mejores para esta aplicación. El experimento MAPLE implica una serie de pruebas que evaluarán el rendimiento del sistema en diferentes entornos a lo largo del tiempo.
El experimento DOLCE tiene dos cámaras montadas en brazos desplegables (con cámaras adicionales en la caja electrónica) que monitorearán el experimento y enviarán videos al equipo de Caltech en la Tierra. Sergio Pellegrino, profesor de ingeniería aeroespacial y civil Joyce and Kent Kresa de Caltech, es codirector de SSPP y científico investigador sénior en JPL. como el explicado:
“DOLCE demuestra una nueva arquitectura para naves espaciales alimentadas por energía solar y conjuntos de antenas en fase. Aprovecha la última generación de materiales compuestos ultrafinos para lograr una eficiencia y flexibilidad de envasado sin precedentes. Con los avances adicionales en los que ya hemos comenzado a trabajar, anticipamos aplicaciones para una variedad de futuras misiones espaciales. Planeamos comandar el despliegue de DOLCE a los pocos días de obtener acceso a SSPD de Momentus. Deberíamos saber de inmediato si DOLCE funciona”.
Mientras tanto, el conjunto MAPLE probará el potencial de transmisión de energía a través de conjuntos de microondas a estaciones receptoras en la Tierra. Como Ali Hajimiri, profesor Bren de ingeniería eléctrica e ingeniería médica de Caltech (y codirector de SSPP), explicado:
“Toda la matriz MAPLE flexible, así como sus chips electrónicos centrales de transferencia de energía inalámbrica y elementos de transmisión, se han diseñado desde cero. Esto no se hizo con artículos que puedes comprar porque ni siquiera existían. Este replanteamiento fundamental del sistema desde cero es esencial para realizar soluciones escalables para SSPP”.
Con el exitoso lanzamiento en el retrovisor, el equipo de Caltech y los líderes del proyecto están considerando varios desafíos para avanzar. Se sabe muy poco sobre SBSP y su capacidad para transmitir energía de manera efectiva a la Tierra. Pero ese es el punto del experimento, y el éxito y el fracaso de los bancos de pruebas se medirán de varias maneras. Para DOLCE, la prueba más importante será el despliegue y asegurarse de que la estructura se despliegue completamente desde su configuración plegada hasta su configuración abierta.
Para ALBA, una prueba exitosa proporcionará una indicación clara de qué células fotovoltaicas proporcionan la máxima eficiencia y rendimiento en el entorno extremo del espacio. Para MAPLE, el éxito significará la capacidad demostrable de transmitir energía a ubicaciones específicas del lado de la Tierra bajo demanda. Independientemente del resultado, dicho Hajimiri, el hecho de que los equipos de Caltech hayan creado un prototipo capaz de ser enviado al espacio representa un logro significativo:
“Pase lo que pase, este prototipo es un gran paso adelante. Funciona aquí en la Tierra y ha superado los rigurosos pasos necesarios para cualquier lanzamiento al espacio. Todavía hay muchos riesgos, pero haber pasado por todo el proceso nos ha enseñado lecciones valiosas. Creemos que los experimentos espaciales nos brindarán mucha información útil adicional que guiará el proyecto a medida que avanzamos”.
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