El equipo de Caltech logra la transferencia de energía inalámbrica en el espacio

Mar 27, 2023

Crédito de la imagen: Caltech

Por el equipo editorial de E&T

Publicado lunes, 5 de junio de 2023

El demostrador de energía solar espacial de Caltech ha demostrado su capacidad para transmitir energía de forma inalámbrica en el espacio y para transmitir energía detectable a la Tierra por primera vez.

El logro fue realizado por MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), una matriz de transmisores de energía de microondas livianos y flexibles con control de tiempo preciso.

MAPLE es uno de los tres experimentos llevados a cabo por el Instituto de Tecnología de California (Caltech) como parte de su Proyecto de Energía Solar Espacial (SSPP), un ambicioso plan para desplegar una constelación de paneles solares espaciales que podrían recolectar energía solar en el espacio y transmitir la energía de vuelta a la Tierra.

"A través de los experimentos que hemos realizado hasta ahora, recibimos la confirmación de que MAPLE puede transmitir energía con éxito a los receptores en el espacio", dijo Ali Hajimiri, profesor Bren de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica y codirector de SSPP.

"También pudimos programar la matriz para dirigir su energía hacia la Tierra, lo que detectamos aquí en Caltech. Por supuesto, la probamos en la Tierra, pero ahora sabemos que puede sobrevivir al viaje al espacio y operar allí. ."

Foto desde el espacio del interior de MAPLE, con la matriz de transmisión a la derecha y los receptores a la izquierda. / SSPP

Crédito de la imagen: SSPP

MAPLE utiliza interferencias constructivas y destructivas entre transmisores individuales para cambiar el enfoque y la dirección de la energía que emite, sin partes móviles. También se basa en elementos precisos de control de tiempo para permitir que la mayoría de la energía se transmita a la ubicación deseada y a ningún otro lugar.

MAPLE presenta dos conjuntos de receptores separados ubicados a unos 30 cm del transmisor. Estos conjuntos reciben la energía, la convierten en electricidad de corriente continua (CC) y la usan para encender un par de LED para demostrar la secuencia completa de transmisión de energía inalámbrica a distancia en el espacio.

Los investigadores probaron esta tecnología en el espacio encendiendo cada LED individualmente y cambiando de uno a otro.

La energía transmitida por MAPLE fue detectada por un receptor en el techo del Laboratorio de Ingeniería Gordon y Betty Moore en el campus de Caltech en Pasadena. La señal recibida apareció en el tiempo y la frecuencia esperados y tuvo el cambio de frecuencia correcto según lo previsto en base a su viaje desde la órbita.

"Hasta donde sabemos, nadie ha demostrado nunca la transferencia de energía inalámbrica en el espacio, incluso con estructuras rígidas caras. Lo estamos haciendo con estructuras ligeras y flexibles y con nuestros propios circuitos integrados. Esta es la primera vez", dijo Hajimiri.

Los satélites en órbita geosíncrona reciben luz solar durante más del 99 por ciento del tiempo, ya que no están sujetos a los ciclos de un día y a los cambios en el clima, y ​​con una intensidad mucho mayor que los paneles solares en la Tierra, lo que los convierte en un sistema mucho más eficiente. fuente de energía.

Por esta razón, la energía solar espacial podría permitir a los científicos aprovechar un suministro prácticamente ilimitado de energía solar.

Cuando se complete, SSPP podría desplegar una constelación de naves espaciales modulares que recolectan luz solar, la transforman en electricidad y luego la convierten en microondas que se transmitirán de forma inalámbrica a largas distancias a donde sea que se necesite, incluidas ubicaciones que actualmente no tienen acceso a energía confiable. .

"Los arreglos de transmisión de energía flexibles son esenciales para el diseño actual de la visión de Caltech de una constelación de paneles solares similares a velas que se despliegan una vez que alcanzan la órbita", dijo Sergio Pellegrino, profesor de ingeniería aeroespacial y civil Joyce and Kent Kresa y codirector. de la SSPP.

"De la misma manera que Internet democratizó el acceso a la información, esperamos que la transferencia de energía inalámbrica democratice el acceso a la energía", dijo Hajimiri. "No se necesitará ninguna infraestructura de transmisión de energía sobre el terreno para recibir esta energía. Eso significa que podemos enviar energía a regiones y áreas remotas devastadas por la guerra o un desastre natural".

Detectando energía de MAPLE en el techo del Laboratorio Moore. / Alí Hajimiri

Crédito de la imagen: Ali Hajimiri

El prototipo de energía solar espacial, conocido como Space Solar Power Demonstrator (SSPD), se puso en órbita en la misión Transporter-6, que despegó de Cabo Cañaveral el martes 3 de enero de 2023.

Además de MAPLE, SSPC consta de otros dos experimentos, cuyos resultados se esperan en los próximos meses.

El primero se conoce como DOLCE (Experimento compuesto ultraligero desplegable en órbita). Es una estructura de 1,8 m cuadrados que demuestra la arquitectura, el esquema de empaque y los mecanismos de despliegue de los paneles solares espaciales modulares.

El segundo experimento se ha denominado ALBA y se ha diseñado para recopilar 32 tipos diferentes de células fotovoltaicas (PV), para permitir una evaluación de los tipos de células que son más eficaces en el duro entorno del espacio.

Los orígenes de SSPP se remontan a 2011, cuando el filántropo Donald Bren se enteró del potencial de la fabricación de energía solar basada en el espacio en un artículo de la revista Popular Science.

Intrigado por el potencial de la energía solar espacial, Bren se acercó al entonces presidente de Caltech, Jean-Lou Chameau, para discutir la creación de un proyecto de investigación de energía solar basado en el espacio. En 2013, Bren y su esposa, Brigitte Bren, fideicomisaria de Caltech, acordaron hacer una donación para financiar el proyecto.

"El arduo trabajo y la dedicación de los brillantes científicos de Caltech han hecho avanzar nuestro sueño de proporcionar al mundo energía abundante, confiable y asequible para el beneficio de toda la humanidad", dijo Bren.

El presidente de Caltech, Thomas F. Rosenbaum, agregó: "La transición a la energía renovable, crítica para el futuro del mundo, está limitada hoy en día por los desafíos de almacenamiento y transmisión de energía. La transmisión de energía solar desde el espacio es una solución elegante que se ha acercado un paso más a la realización debido a la generosidad y previsión de los Bren.

"Donald Bren ha presentado un desafío técnico formidable que promete una recompensa notable para la humanidad: un mundo alimentado por energía renovable ininterrumpida".

El verano pasado, China anunció que el primer lanzamiento para la construcción de su proyecto de energía solar en el espacio estaba programado para 2028, dos años antes de lo planeado originalmente, cuando un satélite de prueba en órbita a una distancia de alrededor de 400 km pondrá a prueba la tecnología utilizada para transmitir. energía de la planta de energía a la Tierra.

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