Una estación china de energía solar en el espacio

La tecnología SPS (Space Power Satellite) es una de las eternas promesas de la conquista del espacio. Nada mejor que unos cuantos satélites gigantes en órbita para producir constantemente toda la energía limpia que necesita una Tierra hambrienta de recursos. Desde que en los años 70 los satélites SPS se presentaran como la solución a casi todos los problemas energéticos de la humanidad, el concepto ha perdido mucho fuelle, pero eso no evita que resurjan nuevas encarnaciones de sistemas SPS. Y si hace unos años vimos un proyecto de SPS ruso, ahora le toca el turno a China.

Proyecto de estación de energía solar china MR-SPS (http://spacejournal.ohio.edu/).
Proyecto de estación de energía solar china MR-SPS (http://spacejournal.ohio.edu/).

Los desafíos tecnológicos que han impedido hacer realidad el sueño de las estaciones SPS no han cambiado. Si en estos momentos no estás usando la energía generada por un gran satélite solar es porque una estación SPS comercial debería generar una potencia del orden de gigavatios para que sea rentable. Por lo tanto, estamos hablando de paneles con varios kilómetros cuadrados de superficie. O lo que es lo mismo, varias miles de toneladas en órbita.

Teniendo en cuenta que la estructura más grande que ha ensamblado la humanidad en el espacio es la estación espacial internacional, de unas 420 toneladas, y que el cohete más potente que estará en servicio —el futuro SLS Block 2 de la NASA— será capaz de situar alrededor de 130 toneladas, pues se puede entender claramente por qué las estaciones SPS no se han hecho realidad (y eso que no hemos comentado que la mayoría de los proyectos de SPS se basan en la órbita geoestacionaria, por lo que las limitaciones de peso son todavía más restrictivas). Pero, dejando por un momento el factor de la masa, hay otras nubes que tapan el Sol del futuro de las SPS. Entre ellos, cómo gestionar una instalación orbital que estará sometida a varios miles de voltios de tensión (en la ISS el voltaje máximo es unos 120 V).

Un equipo de la Academia China de Tecnología Espacial (CAST) dirigido por Hou Xinbin ha propuesto una estación espacial de energía solar denominada MR-SPS (Multi-Rotary joints SPS). El proyecto de MR-SPS no se diferencia de la mayoría de conceptos de este tipo en tanto en cuanto se trata de una estación gigantesca situada en órbita geoestacionaria. Su masa rondaría las diez mil toneladas y sus dimensiones serían descomunales: 11,8 kilómetros de longitud (!) y 6 kilómetros cuadrados de paneles fotovoltaicos.  La estación generaría 2,4 gigavatios de potencia eléctrica y se usaría una antena de 1,3 kilómetros de diámetro para enviar a la Tierra la energía mediante un haz de microondas (con una frecuencia de 5,8 GHz para garantizar que no interfiere con la atmósfera terrestre) de hasta un gigavatio de potencia.

Dimensiones de la estación china (http://spacejournal.ohio.edu/).
Dimensiones de la estación china (http://spacejournal.ohio.edu/).

Las novedades del diseño son sutiles, pero importantes. Lo más destacable es que se trata de un diseño modular. Los paneles de arseniuro de galio serían modulares y estarían formados por cincuenta unidades más pequeñas para facilitar su montaje (es un decir), cada una de ellas dividida a su vez en otras partes. La unidad básica generaría 4 megavatios —con una eficiencia del 40%— y tendría unas dimensiones de 100 x 100 metros, con una masa de 3 toneladas. A diferencia de otros diseños, los paneles podrían rotar para ofrecer un mejor ángulo y maximizar la producción de energía. Para reducir un voltaje elevado en los puntos críticos el diseño hace uso de una estructura con múltiples uniones, lo que también reduce la posibilidad de fallos críticos. De este modo, el voltaje en los paneles se mantiene a 500 voltios, mientras que en las juntas giratorias es de 5000 voltios (y 4800 amperios de intensidad). Solamente en la antena el voltaje se elevaría hasta los 20 000 voltios.

Fases del montaje de la estación (http://spacejournal.ohio.edu/).
Fases del montaje de la estación (http://spacejournal.ohio.edu/).
Remolcador orbital para trasladar los elementos de la estación de LEO a GEO (http://spacejournal.ohio.edu/).
Remolcador orbital para trasladar los elementos de la estación de LEO a GEO (http://spacejournal.ohio.edu/).

La precisión del haz de microondas sería muy elevada, de 0,0005°, una cifra necesaria para asegurar que el haz cae justo sobre la antena receptora y no en otra zona. Con el fin de situar en órbita geoestacionaria toda la masa de la estación se podría usar algún tipo de remolcador reutilizable. En este caso, se podría montar la estación con doscientos lanzamientos (!!) del cohete Falcon Heavy de SpaceX.

¿El coste de esta aventura? Pues, según los autores del estudio, treinta mil millones de dólares para construir una estación solar con una vida útil de treinta años. Está claro que, por el momento, los proyectos SPS siguen siendo inviables. Pero siempre queda la esperanza de que el precio del petróleo suba hasta niveles que hagan rentable el sueño de las estaciones SPS. De entrada, China ya se ha comprometido a poner en órbita prototipos a —muy— pequeña escala a lo largo de la próxima década.

Vídeo del proyecto:

Referencias:



59 Comentarios

  1. Por mucho que reduzcas el peso, el elevado coste de poner en órbita (y aún más, geoestacionaria), ese peso lo hace inviable.

    Cualquier proyecto a gran escala para lograr esa energía, para por fabricar los paneles con materia obtenida del propio espacio. Capturar asteroides de miles de toneladas, trocearlos, y hacer paneles con ellos.
    Por los elementos, tendrían que ser paneles de silicio, que es fácil de encontrar en según que asteroides.

    La otra posibilidad es que los paneles sean de pocos átomos de espesor, y con el material de los asteroides montar solo la estructura sobre la cual se imprimirían los pocos átomos que, en su relación al peso, sería una cantidad asequible por potencia generada.

    La última posibilidad, sin material extraterrestre, es que los paneles puedan hacerse tan increiblemente ligeros que salga a cuenta. En la Tierra, hacerlos extremadamente ligeros puede pasar de ventaja a inconveniente. Están sometidos a estrés por viento, lluvia, etc.
    Pero en el espacio, eso no debería ser un inconveniente.
    Pero muy ligeros tendrían que ser para salir a cuenta. ¿Unos pocos gramos por metro cuadrado de panel? Demasiado ligeros, me parece.

    1. si los paneles solares son muy delgados serian vulnerables a impactos de micro meteoros.
      Y hablando de semejante area, se incrementa la posibilidad de impactos.

      1. No tienen por qué ser delgados para ser vulnerables a dichos impactos, hace tiempo vi, y ahora no recuerdo la fuente, el ensayo de laboratorio dónde se simula el impacto de micrometeortos sobre un bloque de aluminio, y a velocidades del orden de km/s, era devastador.
        Pensando en ligereza se podría usar tambien grafeno, el carbono es muy abundante en el universo aun que habría que doparlo de algun modo y estoy pez en el tema.

      2. Quizas sea mejor que atraviese el panel como si nada y deje solo un agujero minusculo, que el panel tenga que absorver la energia del golpe. Solo hay que diseñar para que un agujerito no comprometa la funcionalidad del panel. Y si nos ponemos, quizas hasta se pueda inventar un sistema de autoreparado o robotico que tape el agujero con algun pegamento de caraa no perder integridad estructural.

        De todas formas, no se como esto podria llegar a ser rentable para solo la potencia de dos reactores nucleares actuales.

        Veo mas factible, con tecnologia a la vuelta de la esquina, incluso barcazas roboticas que se desplacen en el oceano intentando maximizar las horas de sol y luego vengan a puerto a descargar sus baterias, o cualquier otra forma de almacenar energia. Es que hasta puedes usar esa megaantena en orbita para mandar la energia hasta el continente, a modo de repetidor…

    2. uy….. eso de fabricar los paneles en orbita lo veo mas complicado todavía. Para poder tener el silicio puro dopado, que se obtiene por ejemplo a partir de arena, necesitas una fabrica completa!!

      1. Si no falla mi memoria , los paneles de silicio si se calientan a más de 100 C pierden mucho poder transformador de energía eléctrica. La mayoría de paneles espaciales están hechos de arseniuro de galio (el nombre ya sólo asusta, no quiero ni saber como los fabrican ). Hombre… un campo tan extenso de paneles solares de silicio podría tener radiadores en la cara trasera a la sombra, pero es material extra que llevar a la órbita.
        Se podrían desplegar laminas super milimétricas reflectantes ( como papel albal) de varios kilómetros de área que adopten una forma cóncava y concentren la luz en un motor tipo Stirling ; problema , si la lamina actúa como una vela solar saca al satélite de su órbita muy pero que muy rápido.
        Se podría crear un campo de espejos en los polos lunares usando materiales in situ pero dicen los expertos que la distancia es muy grande y se pierde energía por el camino….
        Como reflexión final , podríamos construir enormes campos de paneles en Argelia y prácticamente alimentar a toda la península ibérica, al menos por el día, pero eso supone poner en las manos de otro país nuestra producción eléctrica , algo inaceptable …. y es triste porque todo esto es un problema político y no tecnológico . El precio de vivir una humanidad desunida y violenta consigo misma es muy alto…

  2. Me parece que es un proyecto muy poco práctico.
    Es enormemente caro. El transporte de miles de toneladas de materiales a una órbita geoestacionaria es, además de un esfuerzo económico brutal, demasiado arriesgado. Cualquier trozo de chatarra espacial, micrometeorito o meteorito… podría hacer añicos todo en un segundo. Y ya no hablamos de tormentas solares o…. atentados terroristas (en un futuro es posible que haya locos con la tecnología suficiente como para tumbar a ese monstruo espacial).
    Y… la energía producida… ¿sería más barata que la nuclear, por ejemplo? No lo creo.
    Tenemos alternativas más baratas… como el aprovechamiento de la energía de las mareas, o la casi ya lograda “fusión nuclear”.
    Todos sabemos que la energía hidráulica o eólica… es gratis, sin embargo el recibo de la luz es un atraco. Eso se debe a que ya, en la práctica, es un impuesto más. NADA CAMBIARÍA PARA EL CONSUMIDOR con la creación de ese monstruo espacial, es más… incluso podría empeorar… porque querrán que todo eso lo pague el de siempre.
    Podemos tener fuentes de energía particulares y gratuitas, pero no nos dejan… porque eso implica que no nos pueden cobrar por lo que es nuestro, y no recaudan. La vida es un atraco, y las víctimas son siempre las mismas.
    Los chinos sabrán lo que hacen, pero me parece que lo más probable es… el ridículo.

    1. La energía fotovoltaica va a ser la que más crezca en los próximos años y será la más barata y eficiente. Curioso que no la cites. Respecto a la fusión en cambio, incluso si todo saliese bien , lo cual es mucho suponer faltan décadas aún. No, a corto plazo la energía solar (en la tierra) es el futuro. En menor medida eólica, mareomotriz y geotérmica.

      1. No te olvides de la hidroeléctrica, eólica marina, eólica de resonancia… pero tienes razón, la fotovoltaica en sus múltiples formas es la que más se va a expandir.

        La fusión nuclear es una quimera, aún alcanzando todos los hitos de los programas de desarrollo actuales no se conseguiría un reactor viable antes de medio siglo. (Los proyectos actuales solo intentan mantener una reacción de fusión estable aunque haya que administrar más energía que la que se recupera).

  3. Yo siempre me he preguntado, ¿y porque no fabricarla en órbita? Capturar un asteroide rico en silicio y fabricar los paneles en órbita me da que es mucho más factible que lanzar 200 cohetes. ¿Ha habido alguna propuesta seria en este sentido?

    1. si capturásemos digamos a apofis tendríamos suficiente materia prima para crear cientos de paneles como los que proponen los chinos pero hacer algo así sera lento y muy caro.

  4. solamente con unos vesiculoso espacial como el SKILON o DELTA CLIPPER y cientos de lanzamientos por años seria realizable otra opción es usar un RAYGUN kilométrico construido verticalmente dentro de una montaña .

    1. Suponendo que alcances velocidad orbital dentro de la montaña, a la que entres en contacto con la atmósfera te aplastas y te fríes. Cualquier avión comercial se sustenta con el aire “denso” de encima del Everest a menos 1000km/h. Luego si sales en vertical vuelves a caer, no entras en órbita.

    2. Supongo que te refieres a un acelerador electromagnético, y no a un arma de rayos.
      El tema tiene sus pros y contras, pero para lanzamientos de microsatélites tipo cubesat, creo que podría ser viable. Lo que ocurre es que saldría más caro montar la lanzadera electromagnética que cargar en un transbordador de camino a la ISS tus cubesat.

  5. Este concepto suena a ficción, pero el CZ-5 luce genial y en principio vuela a finales de año con 14T a geoestacionaria!
    http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=8447.msg1499530#new
    Planean lanzar 110 cohetes en los próximos 10 años (fueron 87 en los últimos 5).
    Se habla del CZ9 de +100T para principio de los 30, se han fabricado anillos de 10m y se ha visto alguna foto de motores equivalentes al RD-180.
    http://news.xinhuanet.com/english/2016-03/02/c_135149064.htm
    http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=8447.220
    Naves tripuladas, rovers lunares, estación estilo MiR… estos ya están en cabeza codo con codo con USA, Rusia y Europa.

  6. Vaya antenón ¿a nadie le recuerda a la estación “Sol” de Akira? Con tanta precisión seguro que algún hacker preparaba una barbacoa desde el espacio! 😉

    1. O en Gundam 0, cuando A-LAWS tenia una estacion de combate de microondas lista para aplanar cualquier ciudad disidente.
      El potencial militar de esta tecnologia escapa a cualquier cosa conocida.

  7. Bueno, y todo ese chorro de energía podría abastecer a… ¿cuánta gente, qué extensión…? ¿a qué equivaldría en otras producciones de energía actuales?
    Y, ese haz de microondas dirigidas a la antena que las recogería en la Tierra, ¿podría provocar interferencias de qué tipo? ¿podría un avión atravesarlo sin peligro?

    En todo caso es muy interesante y casi suena a ciencia ficción, si no fuera porque alguien está dando pasos en esa dirección.

    podi-.

    1. se podía apuntar a los polos pero no se si el magnetismo se lleve parte de la energia y bueno enfocarlo en un desierto dudo que le molestase a alguien

  8. Madre mía parece que estoy leyendo un relato de ciencia ficción, pero que técnicamente al menos podría ser viable … como dicen en mi pueblo ‘estos adelantos’ …

  9. El coste de subirlo a órbita es tan elevado que no veo la forma de que sea rentable. Y, además, veo la estimación de 30.000 M$ exageradamente optimista. ¿Doscientos lanzamientos del Falcon Heavy? A los precios actuales sólo los lanzamientos ya son 18.000 millones de $ y en órbita baja.

    A pesar de eso bienvenida sea la iniciativa, la gestión de los voltajes es interesante y la construcción de prototipos siempre es necesaria para probar nuevas tecnologías.

  10. A veces soy algo mal pensado, alguien sabe que efecto tendría un Haz de Microondas de esa intensidad dirigido “accidentalmente” hacia otro objetivo?

    1. Por aqui algunos diran que como son los chinos, es imposible porque ellos son amantes de la paz y si Corea del Norte se suma al proyecto segun ellos es la promesa de la consumacion de la individuacion jungiana de una mente colectiva enfoicada en la paz y el amor… si fuera EEUU, diran que el objetivo de su construcciones presisamente usarlo como arma.

    2. segun tengo entendido las microondas pueden ocasionar dolor de cabeza pero la frecuencia de 5ghz es la misma usada en un satélite de comunicaciones promedio

  11. 12 km… esto sí que es pasarse de frenada xD El Arbus de Spilberj de Encuentros en el Tercer Flipe no tiene ni un km, creo que hay que irse a pelis de Sci-Fi flipadas a saco para encontrar bichos de estas dimensiones.

    Me gustaría ver los planos de-conceckto para estar seguro de que no le pasa como al puente de Tacoma Narrows (y podría combear simplemente por la exposición térmica y la propia órbita).

    Además a mí esto de mandar haces de μO, de un GW, de puntería a voluntad como que no me acaba de convencer… casi mejor ya puestos a parir cosas raras canalizar chorros de plasma hasta la alta atmósfera y convertirlos directamente en electricidad con alguna de las ideas disparatadas de Tesla (el serbio, no la macacada del payaso australiano).

  12. Y ya que estamos en la producción de verde energía ecológica solar, probemos con clorofilatos del magnesio que hacen de los fotones glucosa que mueve el ATP de nuestras células, los brazos de verde cloroplásticos y estaremos emulando a los fotosintéticos marcianitos verdes; los antienergia nuclear del clan de los Windsor de UK aprueban todo lo que sea innovación postindustrial directamente antiindustrialista cuando apagamos la luz por una hora y salvamos al oso panda y sus fotosinteticas glucosidicas cañas de bambú biodegradables.

  13. Pregunta estúpida: ¿quién va a subir ahí arriba a montar todo el tinglado, durante cuánto tiempo? Ya del mantenimiento y solución de averías, ni hablamos, ¿no?

  14. Es un poco offtopic, pero lo cuelo igualmente. Daniel, podrías hacer una entrada comentando el motivo de porqué los cohetes salen hacia el Este? Las respuestas que suelo leer a esta pregunta me parecen imprecisas/incorrectas casi siempre y creo que sería muy interesante.

    Gracias!

    1. Intento responderte aunque tal vez buscas algo mucho más técnico. Lo satélites giran alrededor de la Tierra y no caen debido a la fuerza centrifuga que se genera en el giro. Si vas en un coche y entras en una glorita a gran velocidad y empiezas a dar vueltas comprobaras como te inclinas en el asiento hacia un lado ( hacia la derecha) justo en el sentido contrario al centro de la glorieta que está a la izquierda.
      Vale, la Tierra atrae a todos los objetos hacia su centro , ahora imaginemos un escenario ( fantasioso pero nos vale) en el que hay una canica justo en el centro de la Tierra que es la encargada de atraerlo todo y la Tierra está rotando a su alrededor . Tu tienes un coche especial de enorme potencia y como nuestro planeta es redondo quieres usar el mismo efecto de la glorieta pero para que el coche salga volando por la fuerza centrifuga. Necesitas alcanzar 27000 km /h de velocidad de giro respecto a la canica. La superficie de la Tierra gira en el ecuador a 1700km /h hacia el este con respecto a la canica del centro , que esa está quieta. Te vas con tu coche al ecuador, enfilas hacia el este y arrancas… sin ni siquiera haber apretado el acelerador ya tienes un extra de velocidad de 1700 km/h hacia el este siempre respecto a la canica , olvídate completamente de la superficie terrestre, mira la canica bajo el suelo en el centro del planeta. El giro de la Tierra ya te esta dando un empujón .
      Si quisieras ahora salir hacia el Oeste desde el ecuador , resulta que con respecto a la canica-centro-de- la- tierra ¡ estas moviéndote marcha atrás! y nada menos que 1700km/h . Tienes que acelerar 1700km/h para quedarte estático respecto a la canica , si , mira por la ventana y el paisaje pasa a toda velocidad pero en lo que se refiere al centro de la Tierra ,la canica, que es lo que nos interesa , estas completamente quieto y parado y ahora para colmo debes acelerar mucho mas para alcanzar los 27000 km/h y que el coche levante las ruedas del suelo por efecto de la fuerza centrifuga.
      Resumiendo, dado que el centro de la Tierra y no la superficie es el punto de referencia para calcular la velocidad que necesitas para ponerte en órbita, los cohetes que se lanzan desde el ecuador hacia el este ya llevan un empujón por la rotación del planeta, sin embargo lanzados desde el ecuador hacia el oeste han despegado marcha atrás y deben pararse y acelerar por lo que gastan mucho más combustible.
      Perdón el ladrillazo

  15. Hola!, no veo que pueda salir adelante… Lo mas descabellado es transmitir la energía por medio de microondas, pocos países querrían tener ese horno de microondas cerca y esos pocos paises que “accederían” a instalarlo en su territorio seguramente no tienen ni la interconexión electrica ni la necesidad de tantos gigawatts disponibles. Ni hablemos de los casos de cáncer, las interferencias y algunos miles de pájaros prontos para servir en la mesa…

    1. esa frecuencia de onda es inofensiva en cierto punto el problema es que algún fallo o algún demente cambie la frecuencia a la que hierva el agua , todo un espectáculo si se apuntase en una ciudad poblada

          1. Exacto!. Como dice “Z” me refiero a la potencia.
            Además está el tema de la redundancia, ¿que pasa si un aparato así falla o debe ser apagado por mantenimiento?. ¿Van a construir al menos dos?. No lo creo ya que los costos son “astronómicos”… Entonces, dependerán ciudades enteras de un aparato que está bastante inaccesible y cuyas reparaciones pueden dar terribles dolores de cabeza si hay que llevar algún repuesto de apuro… me parece que es solo ciencia ficción.

  16. ¿Existe algún proyecto de investigación similar a este utilizando energía termoeléctrica?¿Sería técnicamente posible en un futuro? Me explico: Red de satélites de espejos focalizando la luz solar sobre un punto en la Tierra. Este foco recibe la energía solar para calentar un fluido y posterior recuperacion de energía. Similar a las centrales termosolares de torre, pero los espejos estarían en el espacio. ¿Pros/Constras?

    1. seria mucho mas nocivo que un rayo de microondas de 2,5ghz que es lo que se usa para calentar agua ya que un rayo solar asi de potente como pides puede ser tanto un arma en toda regla como nocivo para cualquier cosa cerca.

      1. Gracias por comentar Z. Pero la energía nuclear también se puede utilizar como arma y no por ello se deja de utilizar. El argumento que pido es si técnicamente es posible, es decir, sería posible focalizar un rayo solar hasta un foco mas o menos admisible (varios cientos de metros)? O cientificamente es imposible debido a que al estar el foco a tan larga distancia la difracción lo haría imposible? Es posible una red de satélites espejos en orbita geoestacionaria ( o no, cambiando el angulo) enfocando directamente a un solo punto de la tierra?

    1. Pero a la central nuclear el operador llega en auto, el técnico puede volver en camioneta a su casa y los repuestos llegan por camión o tren… Y si hay un fallo general, pueden llegar decenas de técnicos e ingenieros en menos de 1/2 hora…

      1. Y si mejor consumimos menos energía??. El asunto se soluciona apagando la TV cuando no estamos frente a ella, desenchufando el cargador de nuestro celular si no lo usamos, no dejando la PC en “standby” si no la usamos por horas, apagando luces de cuartos donde no estamos… nada muy difícil ni caro de hacer…

        1. Esos electrodomésticos que citas no suponen ni el 5% del consumo eléctrico de un hogar.

          El gran consumo se produce en los electrodomésticos que aplican alguna fuerza mecánica o que se usan para modificar la temperatura del agua. Casi todo el consumo eléctrico se gasta en la lavadora, frigorífico, microondas, aire acondicionado, vitrocerámica y horno eléctrico, calentador de agua eléctrico, calefacción eléctrica y en un futuro cercano: coche eléctrico. Cierto es que muchos de estos aparatos pueden ser sustituídos por motores de gas y gasolina o estufas de pellets, pero el objetivo es depender de energías renovables y limpias.

          No me entiendas mal, estoy completamente de acuerdo en que hay que ser responsables y contenidos en el consumo de la electricidad. Pero las medidas que sugieres son manifiestamente ineficaces.

          Si ahora me dices que fuera del otoño e invierno te duchas con agua fría, que moderas el uso de la calefacción en invierno con el uso de mantas y ropa gruesa cuando estás en casa, que moderas la temperatura del frigorífico cuando no es necesario frío intenso, que solo usas el aire acondicionado cuando hay olas de calor extremo o que compartes coche para ir al trabajo,… entonces eso ya es otra cosa.

Deja un comentario

Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 8 marzo, 2016
Categoría(s): ✓ Astronáutica • China