El año es 2050, y al ponerse el sol, las primeras constelaciones nocturnas emergen en filas perfectas. Pero 이러한 arreglos de tonos ámbar no son estrellas; son cúmulos de satélites que cosechan los últimos rayos del día para devolver su potencia a la Tierra.
Si parece ciencia ficción, eso es porque así empezó. Llamada energía solar espacial (SBSP), la idea ocupó un lugar destacado en las visiones techno-utópicas de visionarios y escritores del siglo XX. Pero durante décadas fue descartada —una propuesta que parecía imposible, fuera de alcance.
Ahora, mientras se aviva una nueva carrera espacial, gobiernos y empresas privadas en China, Estados Unidos, el Reino Unido y Japón están desarrollando varios proyectos para reevaluar la viabilidad de la idea. Entre ellos se encuentran el programa ZhuRi (“Persigue el Sol”) de China, el proyecto OHISAMA de Japón, el Space Solar del Reino Unido, y experimentos de transmisión de energía por parte de Caltech y del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU., todos los cuales apuntan a lanzamientos de prueba en los próximos cinco años.
Los defensores señalan que la tecnología tiene el potencial de satisfacer las necesidades energéticas de la Tierra muchas veces y con un daño mínimo al entorno. Pero primero debe despegar: En la opinión de los críticos, la energía solar espacial es exorbitantemente cara, está plagada de supuestos no probados y es demasiado compleja para implementarse a tiempo para una transición urgente hacia la energía verde.
Los retos incluyen llevar al espacio los satélites gigantes cubiertos de paneles solares; ensamblarlos; conseguir que esos paneles solares siempre miren a nuestra estrella; y luego encontrar formas de convertir, concentrar y transmitir su energía recogida de vuelta a la Tierra.
A pesar de estos obstáculos, los investigadores siguen volviendo a la idea. Quizá porque el paso más crucial —generar energía en primer lugar— ya lo está haciendo el Sol. Cada segundo, nuestra estrella fusiona átomos de hidrógeno para emitir la misma energía que nueve billones de bombas atómicas. Todo lo que queda por hacer es capturarla.
“No somos competidores de la fusión. Somos fusión,” Peter Garretson, exjefe de tecnología futura de la Fuerza Aérea de EE. UU. y experto en SBSP, dijo a Live Science.
De la ciencia ficción a la propuesta de la NASA
Los primeros destellos de SBSP como concepto provinieron del científico de cohetes y pionero de la astronáutica ruso Konstantín Tsiolkovski, quien en 1923 sugirió desplegar espejos basados en el espacio que podrían concentrar la luz solar hacia la Tierra con la suficiente intensidad para hervir 10 tazas de café.
La fantasiosa propuesta de Tsiolkovski pronto ingresó a la ciencia ficción, apareciendo en la novela de 1937 del escritor británico Olaf Stapledon, “Star Maker”, como una “red de trampas de luz” que una civilización alienígena avanzada utilizaba para concentrar “la energía solar que escapa para uso inteligente” —una idea luego formalizada por el físico teórico Freeman Dyson como una esfera de Dyson.
Luego, en 1941, Isaac Asimov dibujó la versión más clara y famosa de SBSP en su relato corto “Reason”, en el que una colonia de robots trabaja a bordo de una central que recoge energía solar y la envía de vuelta a la Tierra en forma de microondas. Asimov dejó pocos detalles sobre la ingeniería de la estación ficticia, y se centró en la devoción religiosa de los robots hacia la nave.
Pero la transformación de la ciencia ficción a una propuesta tangible no tardó. En 1968, el ingeniero aeronáutico Peter Glaser, consultor y gerente de proyectos para los reflectores láser de medición de distancia de la misión Apollo 11, trazó un diseño de ingeniería para un “satélite de potencia solar” compuesto por tres elementos clave: un dispositivo recaudador de rayos, un convertidor y un transmisor.
El receptor de Glaser era un disco de paneles fotovoltaicos que sería elevado a unos 22,400 millas (36,000 kilómetros) por encima del terreno. En una órbita geoestacionaria sobre la Tierra y expuesto a una iluminación casi constante, el satélite cosecharía rayos solares antes de convertirlos en microondas para ser enviados, prácticamente sin obstáculos a través de la atmósfera, a antenas receptoras en la superficie. Una vez allí, las microondas se convertirían en electricidad y se distribuirían en la red.
La NASA otorgó a Glaser un contrato para estudiar más a fondo el concepto, ya que las crisis energéticas domésticas e internacionales (como la crisis del petróleo de 1973 y el accidente nuclear de Three Mile Island de 1979) añadían impulso a su idea.
Pero el diseño de Glaser encontró obstáculos técnicos y financieros, siendo el más intimidante el tamaño mismo del proyecto. Para 1981, cuando el Departamento de Energía de EE. UU. presentó un estudio de cuatro años sobre la energía solar espacial, estimó que una contribución “significativa” de 300 gigavatios (suficientes para alimentar a cientos de millones de hogares) requeriría 60 satélites, cada uno abarcando 21 millas cuadradas (55 kilómetros cuadrados) y pesando 50,000 toneladas (45,000 métricas). El plan fue considerado inviable desde el punto de vista económico.
Evaluaciones posteriores, como un informe de 1997 del físico de NASA John Mankins, señalaron avances como celdas solares mejoradas que hicieron la idea más realista. Sin embargo, el consenso general siguió siendo hostil. Un informe de 2015 del Strategic Studies Institute (SSI) del Colegio de Guerra de EE. UU. afirmó que, si bien los sistemas SBSP son “técnicamente factibles”, no había “evidencia contundente de que dichos sistemas serán económicamente competitivos” frente a los sistemas energéticos terrestres. Concluyó que “la realidad es que tales sistemas siempre parecen estar a 10 años de distancia para sus defensores.”
Apuntando alto
Pero mucho puede cambiar en una década, incluso el costo de lanzar cohetes. Desde el informe del SSI, el cohete reutilizable Falcon 9 de SpaceX ha hecho que los costos de lanzamiento caigan alrededor de 30 veces menos que los del transbordador espacial de la NASA, y los satélites también se abaratan gracias a la producción en masa y a los avances en las salas limpias donde se fabrican. Y el cohete Starship de SpaceX, aún más grande, promete aumentar en más de cinco veces la capacidad de carga de Falcon, reduciendo aún más los precios.
“Lo que tienes es un grupo de personas en la comunidad espacial que creció antes de Starlink y SpaceX,” dijo Garretson. “Literalmente no podían creer que, a medida que aumenta tu ritmo de lanzamiento y amortizas tus costos, el costo de lanzamiento se acerque al costo del combustible.” Algunos tomaron nota. Uninforme de 2021 encargado por el gobierno del Reino Unido estimó que una matriz solar espacial de 2 gigavatios y de un kilómetro de ancho costaría 17.3 mil millones de libras esterlinas ($23.4 mil millones) y generaría energía a 50 libras por megavatio-hora ($68) durante su vida útil de siglo.
Eso equivale a la salida de una gran central eléctrica en el Reino Unido, con los costos iniciales un 39% a 49% más baratos que la biomasa, la nuclear o las fuentes de gas más eficientes, según la evaluación. Y aunque todavía es entre un 14% y un 52% más cara que la energía eólica y solar terrestre actuales, la tecnología podría irradiar energía a cualquier lugar, incluso a ubicaciones remotas.
Con base en estos hallazgos, en 2023 el gobierno británico otorgó 4.3 millones de libras esterlinas ($5.8 millones) en fondos semilla a varias empresas y universidades para desarrollar la SBSP aún más.
El informe del Reino Unido eligió un diseño satelital como arquitectura de referencia: CASSIOPeiA. Perteneciente a la empresa SBSP británica Space Solar, el diseño del satélite es un intento de resolver un gran reto de los primeros planos de satélites solares: cómo mantener los paneles solares permanentemente alineados con el Sol para maximizar la recolección de radiación.
A diferencia de otros diseños de satélites, como el Multi-Rotary Joint Solar Power Satellite de China o el SPS-ALPHA de Mankins, que rotan los paneles o utilizan un sistema de espejos para redirigir constantemente la luz solar hacia ellos, CASSIOPeiA tiene la forma de una gigantesca cadena de ADN.
Este diseño, junto con una órbita sincrónica con el Sol y una giro lento, permite que CASSIOPeiA reciba y transmita energía solar de forma continua sin partes móviles pesadas o propensas a fallar. Space Solar afirma que un único satélite CASSIOPeiA, que tendría aproximadamente 1 milla (1.6 km) de diámetro, podría transmitir por microondas hasta 2 gigavatios de energía constante a un punto fijo en la superficie —suficiente para abastecer a una ciudad de 2 millones de habitantes.
Space Solar dice que, una vez en el espacio, será mucho más eficiente y económico que recolectar la luz solar en tierra. Esto se debe a que la luz que llega a la central de potencia basada en el espacio no es desviada ni atenuada por la atmósfera.
“Usas muchos menos materiales comparado con la energía solar terrestre, y los aprovechas mejor,” dijo Sam Adlen, cofundador y co-CEO de Space Solar, uno de los beneficiarios de la financiación, a Live Science. “Así que se aprovecha el 100% en el espacio en lugar del 10% si estás en tierra — y tienes 13 veces más energía instantánea, de modo que obtienes mucho más de los materiales.”
Transmitiendo la energía hacia la Tierra
Sin embargo, el siguiente paso — transmitir gigavatios de energía hacia abajo y a través de decenas de millas de atmósfera y posibles nubes — sigue siendo un gran obstáculo técnico.
Los métodos propuestos para la transmisión de energía se dividen actualmente entre dos tipos: láseres y microondas. La startup con sede en California Aetherflux, que planea transmitir energía desde satélites en órbita terrestre baja, ha desarrollado un sistema de transmisión láser infrarrojo que probará con un satélite de demostración lanzado el 1 de octubre. La energía de microondas se transmitirá a alrededor de un kilovatio (suficiente para cubrir las necesidades eléctricas básicas de un hogar).
Mientras tanto, Caltech y Overview Energy, otra startup estadounidense, han demostrado transmisiones respectivas de energía por microondas y por láser desde órbita y desde un avión, respectivamente, aunque en cantidades insignificantes (menos de un kilovatio).
A pesar de su eficiencia y de su capacidad comprobada para viajar largas distancias, los haces ópticos en rangos infrarrojos y cercanos al infrarrojo se dispersan fácilmente por las gotitas de agua en la atmósfera, impidiendo que la energía se transmita en días nublados. Persistentes problemas de eficiencia en la transmisión de energía óptica también empeoran a niveles de potencia de gigavatios, lo que hace que los láseres sean menos factibles para uso a escala de utilidad.
Las microondas, por otro lado, pueden transmitirse a frecuencias con potencias mucho mayores y sufren una atenuación atmosférica relativamente menor. Por eso Space Solar, el proyecto OHISAMA de Japón y el programa ZhuRi de China planean usar sistemas de transmisión por microondas. No obstante, las microondas tienen longitudes de onda relativamente más largas, por lo que sus haces difractan más ampliamente a distancias mayores. Esto significa que, incluso si los haces son emitidos por transmisores de cientos de metros de ancho, necesitarían receptores en la Tierra que abarcaran docenas de millas cuadradas.
Estas limitaciones significan que “van a pasar muchos años” antes de lograr una transmisión de energía a escala gigavatio, comentó Remo Proietti Zaccaria, jefe del DELTA Lab en el Instituto Italiano de Tecnología, a Live Science.
Las mejoras en la eficiencia de la transmisión de energía traerán sus propios retos. Incluso punteros láser alimentados por baterías pueden cegar o quemar, por lo que los prototipos de empresas SBSP que transmiten por láser deben diseñarse pensando en esa posibilidad. Prometen mecanismos de seguridad que apagan sus láseres si algo interfiere entre el transmisor y el receptor.
“Definitivamente, para el lado armamentista, esta tecnología ya puede usarse de forma eficiente,” comentó Proietti Zaccaria.
Si te imaginas un arma orbital ideada por un villano de Bond, quizá te lleve una decepción: incluso con láseres y microondas de transmisión de energía completamente desarrollados, tardarían en cocer un huevo o en hervir los cafés de Tsiolkovski. Pero la tecnología de transmisión podría tener un uso militar poderoso: interferir con sistemas de comunicaciones en la Tierra para sembrar el caos con un esfuerzo relativamente bajo.
“Si envías incluso esa cantidad de intensidad de energía a nuestras antenas, vas a congelar la electrónica; eso es seguro,” afirmó Proietti Zaccaria. “No es necesario destruirlas. Con tal de que congeles la electrónica, ya cumpliste el objetivo.”
Los retos asociados con la transmisión de energía han llevado a algunos ingenieros a explorar conceptos más simples. Uno, que regresa al concepto original de Tsiolkovski, imagina el despliegue de espejos basados en el espacio que reflejan la luz solar de regreso a la Tierra tras el atardecer, con un reflector único que extienda la iluminación recibida por las celdas solares alrededor de 20 minutos.
Esto podría no parecer mucho por sí solo, pero entonces podrías aumentarlo con múltiples reflectores, afirmó Onur Celik, investigador en tecnología espacial de la Universidad de Glasgow, a Live Science. “Si tienes 10 o más de ellos, puedes colocarlos en el espacio de manera que puedas extender esto hasta aproximadamente dos horas a esa altura.”
“La energía solar que entregas, si todo se convierte en electricidad, podría alimentar a miles de hogares,” concluyó.
La luz del día
La pregunta de billones de dólares es si esa energía será más barata y eficiente que la generada en tierra. El costo medio de la electricidad generada por SBSP, según estimó el gobierno del Reino Unido, es de 50 libras esterlinas por megavatio-hora ($68), colocándola en una cifra aproximadamente similar al costo de la energía eólica marina y la solar terrestre.
No obstante, esta estimación está muy por encima de las cifras contenidas en el informe de costos de la NASA de 2024, que proyecta que los costos básicos de la electricidad SBSP oscilan entre $610 y $1,590 por megavatio-hora, dependiendo del diseño de la matriz. La NASA concluyó que la estimación media del Reino Unido solo sería alcanzable tras reducciones drásticas futuras en los costos de lanzamiento y fabricación.
Los estudios independientes también están divididos respecto a la factibilidad. Por un lado, una evaluación sugiere que SBSP podría reducir hasta un 80% la necesidad de energía renovable basada en tierra en Europa, mientras que otra sostiene que los costos podrían ser entre 12 y 80 veces más caros que las alternativas terrestres. Esta variabilidad existe incluso dentro de los estudios, y una investigación publicada en la revista Acta Astronautica estima que SBSP podría contribuir a cubrir entre un 3% y un 31% de la demanda eléctrica global, dependiendo de posibles limitaciones sobre cuántos satélites pueden caber de forma segura en una órbita, el tamaño del receptor y a dónde se transmite la energía.
“Por los números que encontramos, no creo que esta tecnología realmente pueda emplearse para generar energía para la Tierra,” comentó Proietti Zaccaria, coautor del estudio de Acta Astronautica. Si la humanidad hubiera ocupado todo el espacio disponible para paneles solares en la Tierra, “entonces te diría que tendría sentido, porque en ese punto, el 3%, el 5%, el 10% podría marcar la diferencia.”
Proietti Zaccaria sí ve casos de uso para esquemas SBSP en futuras misiones a la Luna o a Marte, pero, por lo demás, “el costo de construir tecnología de este tipo es realmente muy, muy alto,” afirmó. “A la inversa, el costo hoy en día de comprar e instalar un panel solar en el techo de cualquier edificio se ha vuelto extremadamente barato.”
Entre los retos también estaría transportar los materiales para los sistemas al espacio y luego ensamblarlos. Tal hazaña haría que la construcción de la Estación Espacial Internacional —actualmente la estructura más compleja jamás construida en órbita— parezca un juego de niños. Mantener las matrices y evitar que choquen con otros satélites en las órbitas cada vez más congestionadas de la Tierra requeriría una coordinación internacional significativa.
Luego están los costos ambientales no ponderados. Todos los cohetes modernos usan metano, un potente gas de efecto invernadero, para impulsarlos al espacio, y gran parte de él se libera en la alta atmósfera terrestre, donde sus efectos son más intensos.
“Y, por supuesto, hay una cuestión sobre cómo el lanzamiento de 100,000 de estos vehículos superpesados hacia la atmósfera afectará realmente a la atmósfera misma, en lugar del beneficio que obtendremos en los próximos 20 años aproximadamente al contar con energía solar desde el espacio,” dijo Matteo Ceriotti, profesor titular de ingeniería de sistemas espaciales en la Universidad de Glasgow, a Live Science. “No está completamente claro.”
Ceriotti señaló que la ruta más probable para superar todas estas dificultades provendría de empresas más pequeñas que están ejecutando y luego optimizando pruebas de concepto en el espacio.
“Obviamente, no es algo que hayamos hecho alguna vez,” comentó. “Así que claramente necesitamos empezar en algún lugar, y debemos empezar poco a poco.”
Las esperanzas de los defensores de SBSP siguen intactas pese a estimaciones sombrías. Citan varias tecnologías, desde computadoras personales hasta cohetes reutilizables, que alguna vez se creyó que eran increíblemente costosas, incluso ficticias, y que hoy en día son ubicuas y baratas. Sus ojos permanecen fijos en misiones de demostración que serán lanzadas en los próximos cuatro años por empresas como Space Solar, Reflect Orbital, Aetherflux y Virtus Solis. Si estas misiones tienen éxito, otra idea que alguna vez fue imposible podría volverse mucho más luminosa.
“El sector privado es bueno para esto, porque tiene que serlo,” afirmó Sanjay Vijendran, asesor de SBSP que dirigió el ahora clausurado proyecto SOLARIS de la Agencia Espacial Europea para probar la viabilidad de SBSP, a Live Science. “Puede descomponer el problema a un nivel bastante pequeño y empezar a hacer cosas con la tecnología de hoy y la forma de hacer las cosas de hoy, y empezar a mostrar que esto puede ser valioso.”
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