Justo cuando Estados Unidos desmantela su programa espacial (el último viaje en transbordador parte el 8 de julio de 2011) para reducir su deuda, investigadores e inversores creen que es el momento de producir energía solar espacial y enviarla a la Tierra a través de ondas electromagnéticas.

La sencillez de la idea no la hace más crédula: generar energía solar en instalaciones puestas en órbita como cualquier otro satélite y recuperarla en el suelo terrestre con una amplitud de onda determinada, sin necesidad de conexión física entre emisor y receptor de energía. Europa, Japón y Estados Unidos trabajan en proyectos para hacerlo realidad.

Energía más intensa que es posible transportar

Pese a que parte de la energía recolectada se disiparía con su proyección desde la estratosfera a un punto determinado, su intensidad por superficie es muy superior a la obtenida en tierra, ya que la atmósfera reduce la intensidad de la luz solar, explica un artículo de The Economist.

Según los promotores de esta vieja idea, ya descrita por Isaac Asimov en Reason, un relato corto escrito en 1941, capturar energía solar en la estratosfera sería 5 veces más eficiente, ya que la luz solar no es absorbida por el aire.

Actualizando el sueño de Isaac Asimov: láser en lugar de máser (microondas)

Asimov imaginó que la energía se proyectaría a la Tierra en forma de haces de microondas, y las técnicas en fase de experimentación corroboran, en buena medida, su visión: primero, la energía sería transformada en la frecuencia adecuada y recolectada en el espacio. A continuación, sería conducida a un punto determinado con láser (sí, la misma técnica usada por la ciencia-ficción hasta la saciedad).

El láser no es más que la evolución de la técnica de amplificación por microondas, o máser, enunciada por Albert Einstein en 1916 (se sirvió de la ley de radiación de Max Planck, que determinaba los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación). El amplificador máser opera en la región de microondas del espectro electromagnético, por lo que sus señales son muy débiles.

Al tratarse de una emisión inducida que genera un haz de luz coherente con el tamaño, forma y pureza definidos previamente, la tecnología láser haría posible -creen varios investigadores de Europa, Estados Unidos y Japón- enviar energía controlando con precisión las características de esta transmisión. El envío sería más intenso que si se tratara de microondas, debido a la longitud de onda del láser.

Transportar energía desde la estratosfera

El proyecto no se enfrenta únicamente a su gran hándicap desde que fuera propuesto, su coste, sino al reto de su transporte hasta la superficie terrestre. Pero los dos principales escollos de la tecnología solar espacial tienen ya respuestas realistas, solventes, suficientemente económicas, realizables y con aplicaciones en el sector civil.

Hasta ahora, se creía que el coste de lanzar y mantener tecnológicamente satélites solares era prohibitivo, un inconveniente que podría ser solventado con dispositivos orbitales relativamente pequeños y sencillos, y los clientes dispuestos a pagar por este tipo de energía, que podría ser dirigida a cualquier punto de recolección del mundo, por muy remoto que fuera, podrían estar dispuestos a pagar su precio.

Entre los primeros clientes potencialmente interesados por la energía solar espacial, se encuentran los sospechosos habituales: The Economist menciona expediciones militares, servicios de salvamento operando contrarreloj en zonas remotas o debastadas, plantas desalinizadoras aisladas o equipos de investigación.

Aplicaciones comerciales de la energía solar espacial

Según las proyecciones de investigadores de la Universidad de Surrey, en el Reino Unido, pronto será suficientemente económico enviar energía solar a clientes que, por la particularidad de su circunstancia, estarán dispuestos a pagar la diferencia.

El propio programa espacial, Internet, la telefonía por satélite, los sistemas geodésicos (como el estadounidense GPS o su alternativa europea, Galileo), e infinidad de innovaciones ampliamente extendidas en la actualidad partieron de programas subvencionados relacionados con la inversión militar (Internet o el sistema GPS no habrían sido posibles sin su investigación previa en las agencias militares como la estadounidense DARPA).

La energía solar espacial podría unirse a este grupo de innovaciones hoy consideradas imprescindibles, si en los próximos años obtiene los fondos en investigación necesarios. No obstante, la cancelación del programa de transbordadores espaciales de la NASA indica que la iniciativa privada podría tener en esta ocasión un papel más protagonista.

Precedentes del experimento europeo: el programa SERT de la NASA

El programa SERT (acrónimo Programa Tecnológico de Investigación Exploratoria para Energía Solar Espacial), iniciado por John Markins y Joe Howell en la NASA en 1999, prosigue con su plan de lanzar cada 5 años, entre 2005 y 2020, sistemas de recarga energética remota usando haces de energía.

Mientras la Administración estadounidense trata de reducir gastos militares y en las misiones de la NASA más relacionadas con la exploración espacial, para tratar de mantener las investigaciones tecnológicas con posibles aplicaciones comerciales a corto y medio plazo como SERT, la Unión Europea investiga, a través de la empresa aeroespacial EADS, sus propias alternativas para crear y transportar energía solar espacial.

EADS participa, mediante su filial Astrium, especializada en satélites y tecnología espacial, en un experimento con un láser para convertir la energía capturada en microondas, conducido por el equipo del doctor Stephen Sweeney, del departamento de Física de la Universidad de Surrey.

Enviar energía por ondas electromagnéticas a gran distancia

El experimento de Stephen Sweeney en el verano de 2011 tratará de confirmar la efectividad del envío de energía usando láser, explica The Economist.

En 2008, una prueba confirmó el acierto de la intuición de Isaac Asimov, al lograrse enviar cantidades significativas de energía por microondas entre dos islas hawaianas, separadas 148 kilómetros (92 millas) entre sí, y confirmando de paso que penetrar los 100 kilómetros de la atmósfera es relativamente sencillo.

La importancia de la nueva prueba, en esta ocasión usando láser, estriba en la técnica usada, que evitaría la principal ineficiencia de la propagación de energía por microondas: a medida que se propaga el haz de energía, su campo de acción se expande, lo que encarece y hace menos factible cualquier procedimiento de concentración y recolección en tierra de la energía emitida desde la estratosfera.

Por ejemplo, se calcula que un colector instalado en la Tierra que absorbiera energía por microondas enviada desde un satélite geoestacionario orbitando a 35,8 kilómetros, tendría que extenderse centenares de metros cuadrados, lo que encarecería la infraestructura y reduciría su eficiencia. Por el contrario, el láser mantendría las ondas de radiación electromagnética suficientemente concentradas, lo que facilitaría tanto la recolección energética como la construcción y mantenimiento de sistemas que se ocuparan de ello.

Un fino láser que podría crear industria solar espacial

El equipo del doctor Sweeney probará la técnica alternativa de envío de haces de energía a través de láser en un hangar aeronáutico alemán. El haz de luz será inducido por un dispositivo llamado fibra láser, que viajará a través del núcleo de una larga y fina fibra óptica.

Ello significa que el haz producido es de mayor calidad que otros láser, además de ser extremadamente recto, “incluso para los estándares de un rayo láser convencional” y puede, por tanto, ser proyectado sobre un área muy reducida. The Economist explica que los nuevos haces aumentan rápidamente su eficiencia y potencia.

El haz láser del experimento dirigido por Stephen Sweeney tendrá una longitud de onda de 1,5 micras (una micra equivale a la millonésima parte del metro), formando parte del espectro de los infrarrojos, no casualmente los haces que mejor penetran la atmósfera.

El experimento tratará de dirigir el haz láser a un colector situado en el otro extremo del hangar, en lugar de varios kilómetros. La distancia será, no obstante, suficiente para comprobar la resistencia e intensidad del haz inducido bajo todo tipo de circunstancias atmosféricas, con presencia de gases contaminantes, vapor de agua, etcétera.

Enviar energía por láser desde la Estación Espacial Internacional

Si todo funciona según lo programado, el equipo de la Universidad de Surrey coordinado por Stephen Sweeney y Astrium probarán la técnica desde el espacio. The Economist especula con que la prueba se prodría realizar en 5 años, transmitiendo un simbólico kilovatio de energía solar generada en los paneles de la Estación Espacial Internacional hasta un colector en la Tierra.

Astrium, la filial aeroespacial de EADS espera desarrollar en 10 o 15 años una estación energética orbital a pequeña escala que produzca cantidades significativas de energía y las envíe por láser a la Tierra.

Una prueba de las esperanzas depositadas en la nueva técnica en experimentación para enviar energía concentrada desde el espacio hasta estaciones que la captarían y la almacenarían en la Tierra son las pruebas realizadas con láser paralelamente en Japón (a través de un programa iniciado en 1998) y Estados Unidos (mediante SERT, iniciado en 1999).

¿Un GPS o Galileo para las energías renovables?

Si bien la NASA ha abandonado el programa de transbordadores espaciales, prosiguen otros programas y experimentos, como uno que emplea rayos láser para transmitir energía a pequeños dispositivos voladores controlados remotamente.

Si el experimento de Sweeney y Astrium consigue el éxito que persigue y tanto Estados Unidos como Japón avanzan en sus respectivas para generar energía en el espacio y transportarla a la Tierra, quizá se despliegue un ambicioso programa de geoingeniería.

Harán falta unos años para saber si estamos ante un GPS para las energías renovables (producir renovables en la estratosfera y enviarla a través de haces láser a tantos puntos como sea necesario para suplir la demanda) o, por el contrario, seguirá siendo un método caro y de uso estrictamente militar.

Sea como fuere, la energía solar en el espacio ya ha traspasado la barrera de la ciencia ficción. En tiempos de ajuste económico en los países ricos, proyectos como el viaje a Marte o la colonización de la luna se vuelven a alejar.

Ambos requerirán energía, y se piensa en su envío por láser. Quizá el primer paso, el más decisivo, consista en usar la tecnología en la propia Tierra.