Hace unas semanas, un equipo de científicos de Caltech anunció que había logrado transmitir energía desde un satélite en órbita hasta la Tierra. No fue mucha energía, pero demostró que era posible.
Eventualmente, podríamos enviar energía desde satélites solares a la Tierra, haciendo que la energía solar esté disponible en casi cualquier lugar y ayudando a combatir el cambio climático. Pero hay otro uso potencial: impulsar sondas de superficie en Venus.
Todo el mundo sabe acerca de Venus. Ha matado a múltiples módulos de aterrizaje con su calor extremo y su aplastante presión atmosférica. La antigua Unión Soviética envió una serie de sondas a la superficie del planeta, y la mayoría de ellas fallaron. El más exitoso fue el Venera 13, que sobrevivió poco más de dos horas a 457 °C (855 °F) y estuvo sujeto a 9,0 MPa (89 atmósferas estándar) de presión.
A pesar del breve pero significativo éxito de Venera 13, el planeta se aferró a sus secretos y nos sentimos atraídos hacia su superficie para revelarlos. Es por eso que la NASA quiere enviar un módulo de aterrizaje a la superficie como parte de su misión DAVINCI+ (Investigación de gases nobles, química e imágenes de Venus en la atmósfera profunda).
Pero está la cuestión de cómo alimentar un módulo de aterrizaje en la superficie única y traicionera de Venus, suponiendo que podamos construir uno que no sucumba fácilmente a las desagradables condiciones de Venus. Los métodos habituales (energía solar, baterías, generadores termoeléctricos de radioisótopos) no están a la altura. Eso es según una nueva investigación titulada “Viabilidad de la emisión de energía a través de la atmósfera de Venus”, publicada en la revista Acta Astronautica. El autor correspondiente es Erik Brandon del Laboratorio de Propulsión a Chorro.
“Las tecnologías de energía espacial de última generación que comprenden paneles solares, baterías y generadores termoeléctricos de radioisótopos no son capaces de operar en la superficie de Venus, limitadas por las altas temperaturas, las altas presiones y el ambiente corrosivo”, explican los autores.
Venus está más cerca del sol, pero su densa atmósfera significa que no llega mucha radiación solar a la superficie. Alrededor del 75% de la energía del sol es reflejada por las nubes de Venus, y solo alrededor del 2,5% del flujo solar que incide en la parte superior de la atmósfera llega a la superficie. Arriba de las nubes, la energía solar es abundante. Venus recibe el doble de radiación solar en la parte superior de su atmósfera que la Tierra en la parte superior de su atmósfera.
¿Podría esta energía abundante ser aprovechada por colectores solares sobre las nubes y luego ser enviada a un módulo de aterrizaje/rover? Tendría que atravesar muchas nubes espesas. “La viabilidad de tal enfoque y otros conceptos de misión relacionados se discuten aquí desde una perspectiva de absorción atmosférica y dispersión de la energía emitida”, afirma el documento.
La transmisión de energía de un lugar a otro se denomina transferencia inalámbrica de energía (o potencia). Hay dos tipos: de campo cercano y de campo lejano. El campo cercano es la transferencia de energía a corta distancia como el tipo que se usa en las plataformas de carga para dispositivos móviles. La transferencia de energía de campo lejano también se denomina transmisión de energía y utiliza microondas o láser para transmitir la energía de un productor a un receptor.
Un problema con la transmisión de energía desde un colector solar orbital a un vehículo de superficie son las complicaciones en una órbita geoestacionaria de Venus. El planeta gira tan lentamente que la órbita geoestacionaria está a una gran distancia del planeta, lo que hace que la órbita sea inestable. De alguna manera, un colector solar tendría que estar más cerca del planeta. Por encima de las nubes superiores, a unos 60 o 70 km de altitud, un colector recibiría esencialmente toda la luz solar disponible. El diseño de la misión podría tener que mantener al colector, o grupo de colectores, en la altitud y posición correctas.
Una solución alternativa es enviar una porción de energía a un módulo de aterrizaje en cada órbita, lo que podría ser suficiente. “Se podrían recibir cientos de Wh (vatios hora) de energía en el transcurso de varios pases orbitales del módulo de aterrizaje”, explican los autores.
Pero esos son problemas más importantes de la arquitectura general de la misión. Esta investigación asume que hay soluciones a ese problema. En este trabajo, los autores se centran en cómo emitir la energía y recibirla, algo que no se ha estudiado a fondo. “Sin embargo, hasta la fecha, no ha habido un estudio exhaustivo sobre la viabilidad de transmitir potencia en longitudes de onda relevantes, si se pudiera diseñar e implementar una plataforma adecuada y una arquitectura de misión”, escriben los autores.
El problema es que la atmósfera de Venus es densa y contiene sustancias químicas que interfieren con la emisión de energía de las microondas. Las concentraciones de CO2 son un problema particular.
Los láseres podrían ser una mejor opción. Aunque hay problemas con la densa atmósfera, hay ciertas “ventanas de frecuencia” en la atmósfera que podrían permitir la transmisión de energía con láseres. “En contra de la intuición, la transmisión de energía a través de fuentes láser puede ser posible en Venus a pesar de la cobertura continua de nubes, dadas ciertas ‘ventanas’ ópticas/infrarrojas presentes en la atmósfera de Venus, que no están disponibles mediante la transmisión de energía de microondas”, escriben los autores.
Los láseres también tienen otras ventajas, como una menor dispersión del haz en comparación con las microondas. Eso significa que las antenas receptoras no necesitan ser tan grandes. Un receptor de un metro podría ser suficiente y no sería tan difícil de manejar como para interferir demasiado con el diseño de un módulo de aterrizaje.
Si bien la energía solar es abundante en la parte superior de la atmósfera de Venus, transmitirla a través de toda la atmósfera podría no ser el mejor enfoque. En cambio, un globo o algún otro vehículo podría situarse cerca del centro de la atmósfera. Allí recibiría suficiente energía solar para ser factible, y solo necesitaría transmitir la energía a través de una parte de la atmósfera.
La investigación muestra que la altitud de 47 km es significativa. Hay una base de nubes a esa altitud, y debajo de ella, la energía emitida está sujeta a una menor dispersión. También muestra que desde 47 km, el factor de transmisión más alto está en 1022 nanómetros, donde aproximadamente el 20% de la energía emitida alcanzaría un módulo de aterrizaje en la superficie.
“Estos cálculos apuntan a un enfoque plausible para la emisión de energía en Venus, utilizando la transmisión desde una plataforma aérea que opera cerca de la base de la nube”, escriben los autores.
Pero, ¿existe la tecnología para hacer esto? El documento no analiza qué tipo de vehículo o plataforma podría usarse a 47 km de altitud. Se enfocan en la emisión de energía en sí, y si los cálculos muestran que es posible. Pero también hablan sobre la tecnología láser disponible y si está a la altura.
Con información de Science Direct
