Primera transmisión inalámbrica de energía demostrada en el espacio

El demostrador de energía solar espacial de Caltech ha entregado su primer resultado operativo clave con la transmisión inalámbrica de energía en el espacio.

Si bien dicha transmisión inalámbrica se ha demostrado en la Tierra, se cree que su entrega en el espacio es la primera y una verificación de la tecnología MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) de Caltech, una de las tres tecnologías clave bajo prueba en el demostrador, que fue lanzado el 3 de enero.

"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", dice Ali Hajimiri, profesor Bren de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica en Caltech (Instituto de Tecnología de California) y codirector de el Proyecto de energía solar espacial, que dirigió el desarrollo del instrumento MAPLE.

Agrega que el grupo también ha podido programar el instrumento para dirigir su energía hacia la Tierra, lo que podría detectarse en Caltech y es indicativo de su capacidad para sobrevivir al viaje al espacio y operar allí.

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MAPLE consiste en una matriz de transmisores de potencia de microondas livianos y flexibles impulsados ​​por chips electrónicos personalizados que se construyeron utilizando tecnologías de silicio de bajo costo y permiten que la matriz transmita la energía a una ubicación deseada.

El foco y la dirección de la energía que se emite se logra utilizando la interferencia de propiedades, explica el equipo del proyecto. Elementos precisos de control de tiempo enfocan dinámicamente la energía selectivamente en la ubicación deseada utilizando la adición coherente de las ondas electromagnéticas.

La demostración presenta dos conjuntos de receptores separados ubicados a unos 30 cm del transmisor para recibir la energía, convertirla en electricidad de CC y usarla para encender un par de LED.

Esto se probó encendiendo cada LED individualmente y cambiando de uno a otro.

El instrumento también incluye una pequeña ventana a través de la cual la matriz puede transmitir la energía, que fue detectada por un receptor en el techo del Laboratorio de Ingeniería 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.

El otro aspecto notable es que el experimento no está sellado y sujeto al duro entorno del espacio, incluidos los amplios cambios de temperatura y la radiación solar a los que estaría sujeto un instrumento a gran escala.

Además de la demostración de que los transmisores de energía podrían sobrevivir al lanzamiento al espacio y operar allí, el equipo de desarrollo tiene la intención de evaluar el rendimiento de los elementos individuales, un proceso que creen que podría llevar alrededor de seis meses.

Las antenas de transmisión de energía están agrupadas en grupos de 16, cada grupo impulsado por un chip individual y la evaluación de los patrones de interferencia de grupos más pequeños debería permitir detectar irregularidades y rastrearlas hasta unidades individuales.

Los otros dos experimentos principales en el demostrador son DOLCE (Experimento compuesto ultraligero desplegable en órbita), una estructura de aproximadamente 1,8 m cuadrados para demostrar la arquitectura, el esquema de empaque y los mecanismos de despliegue de la nave espacial modular; y ALBA, una colección de 32 tipos diferentes de células fotovoltaicas para permitir una evaluación de los tipos de células que son más eficaces en el entorno espacial.

Las pruebas ALBA de células solares están en curso, pero hasta ahora el equipo aún no ha intentado implementar DOLCE.

La exitosa demostración de transmisión de energía de Caltech surgió solo unos días después de que los informes de noticias de Japón sugirieran que el país podría desplegar una serie de pequeños satélites en órbita para comenzar a transmitir energía solar a la Tierra para 2025.

La iniciativa está dirigida por el profesor de la Universidad de Kioto, Naoki Shinohara, quien ha estado trabajando en el desafío durante más de una década.

Otros países en la carrera solar espacial incluyen a China, el Reino Unido y Europa, mientras que en EE. UU. otra iniciativa es el Proyecto de Investigación y Demostraciones Incrementales de Energía Solar Espacial (SSPIDR, por sus siglas en inglés) del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, que está desarrollando una nueva "placa sándwich" para recolectar y transmitir la energía solar a la Tierra.

La demostración de Arachne del mosaico sándwich también está programada para su lanzamiento en 2025.

Dado que la energía solar basada en el espacio requiere paneles de aproximadamente 2 km de extensión para entregar 1 GW de potencia, similar a la de un reactor nuclear promedio, aún existen desafíos tecnológicos y financieros considerables que superar para llevarlo a cabo.