Las sondas espaciales funcionan gracias a la energía que obtienen de los paneles fotovoltaicos que llevan incorporados, algo así como unas baterías solares gigantes que absorben la luz y la transforman en energía eléctrica para la nave. Su diseño es clave para el éxito de las misiones espaciales.
Cuanta más luz reciben estos sistemas, más energía eléctrica pueden proporcionar. Sin embargo, un exceso de luz puede calentar los paneles fotovoltaicos y reducir su eficiencia, por eso es necesario encontrar un equilibrio en el que los paneles solares reciban la mayor cantidad de luz posible sin que esto suponga un aumento excesivo de su temperatura.
Por eso, cada misión es diferente: Las que operan cerca de la Tierra trabajan en temperaturas significativamente más bajas que las que soporta la Messenger, la misión de la NASA que orbita alrededor de Mercurio desde 2011, el planeta más cercano al Sol y el más interior del Sistema Solar.
Para equilibrar esa cercanía al Sol, la Messenger utilizó unos espejos que reflejaban una parte importante de la radiación solar, un procedimiento que “desaprovecha la energía eléctrica que se podría generar si la radiación no fuera reflejada“, explica a Efe la investigadora Esther López, del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid.
Para mejorar la eficiencia energética de estas misiones espaciales, López y otros investigadores españoles de su centro y del Instituto de Microelectrónica, en colaboración con personal de la Agencia Espacial Europea (ESA), han estudiado qué células solares podrían haber proporcionado más potencia eléctrica a la Messenger y podrían servir para mejorar futuras misiones similares.
El trabajo se ha centrado en determinar qué células solares pueden generar, operando con una elevada temperatura, una mayor potencia eléctrica sin tener que usar espejos para reflejar la radiación solar.
El principio de balance detallado
Los investigadores basaron sus cálculos matemáticos en el principio de balance detallado, que establece que en el equilibrio cada proceso elemental debe ser equilibrado por su proceso inverso.
Para aplicar este principio, tuvieron que definir las órbitas descritas por sondas espaciales alrededor de Mercurio, calcular la radiación (del Sol y de Mercurio) que llega a los paneles en dichas orbitas y determinar la temperatura de operación de dichos paneles.
Bosquejo de sondas espaciales que orbitan alrededor de Mercurio describiendo trayectorias polares. UPM
Los resultados indican que las células más eficientes en las órbitas de Mercurio son las que están fabricadas con un compuesto de aluminio, galio y arsénico y recubiertas con reflectores selectivos.
“Estas células podrían operar a una temperatura aproximada de 215 grados centígrados y proporcionar eficiencias de entre un 16,4% y un 25,2%”, precisa Esther López, autora principal del estudio.
Y aunque estas eficiencias resulten muy bajas, en realidad se traducen en altas densidades de potencia eléctrica producida (entre 2.321 y 2.407 vatios por metro cuadrado), capaces de cubrir la demanda energética de las sondas espaciales.
El estudio llega tarde ya para la próxima misión a Mercurio, BepiColombo, un proyecto conjunto de la ESA y de la Agencia Japonesa de Exploración Espacial (JAXA) que ya tiene la tecnología cerrada, pero servirá de inspiración para las siguientes misiones al planeta más interior del Sistema Solar.
Si todo va bien, BepiColombo se lanzará en año que viene y durante siete años y medio fotografiará y analizará de cerca la magnetosfera de Mercurio.
