La única fuente de energía que tienen los satélites espaciales para hacer funcionar sus instrumentos es el sol y los paneles solares que se colocan en dichos artefactos. Estos son los encargados de obtener esa energía y convertirla en electricidad.
Desde 1995, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) realiza la integración eléctrica de los paneles que se usan en los satélites de fabricación nacional, entre ellos, los SAC-A y SAC-D/Aquarius, los SAOCOM 1A y 1B, y el SABIA-Mar, que será lanzado en 2024.
Para fabricar esos paneles, se utilizaron celdas comerciales importadas pero ahora los investigadores del Departamento de Energía Solar (DES) de la CNEA dieron un paso más y desarrollaron la primera celda solar espacial de fabricación nacional. Ya tienen un prototipo funcional, a escala de laboratorio, y en los próximos meses buscarán optimizar el proceso de fabricación y los parámetros eléctricos para mejorar su eficiencia.
“Desde el punto de vista de la investigación, desarrollar estos dispositivos nos permite saber exactamente qué tenemos, conocemos todos sus secretos, cosa que no pasa con uno comprado. Y, desde el punto de vista de la tecnología, es importante para el país porque este tipo de celdas pueden ir a bordo de satélites nacionales, lo cual le da a la Argentina una mayor independencia económica al poder fabricar sus propios paneles”, dice a TSS la doctora en Ciencia y Tecnología Marcela Barrera, investigadora del CONICET en el Centro Atómico Constituyentes (CAC) de la CNEA.
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Barrera trabaja en la integración de paneles solares para uso espacial desde comienzos de la década del 2000, durante su tesis doctoral realizada en el Instituto Sábato, perteneciente a la CNEA y a la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM). Con los años, numerosos profesionales aportaron sus conocimientos a esta línea de investigación hasta llegar al desarrollo de las celdas solares espaciales, que forma parte de la tesis doctoral de Simón Saint André, también realizada en el Sábato.
Las celdas solares tienen la función de convertir la luz del sol en electricidad y sirven para aplicaciones terrestres o espaciales. Para armar un panel, se interconectan las celdas solares entre sí. Por ellas circula la corriente que alimenta los distintos instrumentos que lleva un satélite, por ejemplo, para medir la salinidad del mar u obtener imágenes. El material más utilizado en la producción de celdas solares es el silicio pero también se usan otros como silicio amorfo y teluro de cadmio.
Sin embargo, para las celdas de uso espacial se requieren algunas características específicas, como una mayor eficiencia y resistencia al daño por radiación. Lograr una mayor eficiencia en menor superficie es un factor clave para un satélite, porque esto hace que los paneles sean lo más chicos posible y, por ende, más livianos, algo importante a tener en cuenta ya que los costos de lanzamiento son muy altos y dependen del peso del satélite. “Para aumentar la eficiencia, son relevantes el material utilizado y también la optimización de la estructura de la celda, por ejemplo, el espesor de las capas que la componen y las características del vidrio que la protege”, explica Barrera.
En tanto, la resistencia a la radiación tiene que ver con que las celdas quedan directamente expuestas al ambiente espacial. Además de recibir grandes dosis de radiación, estarán sometidas a temperaturas extremas que pueden ir desde los 100° C a los -100° C en muy poco tiempo. Luego de probar diversos materiales, los investigadores vieron que los semiconductores III-V (llamados así porque se ubican en las columnas III y V de la Tabla Periódica de Elementos) reunían las características que necesitaban y se quedaron con uno de ellos, el arseniuro de galio.
“Durante estos años, trabajamos en varios aspectos: fabricación, caracterización y ensayos. La parte que nos resultó más compleja fue la fabricación de los dispositivos porque no existía esta tecnología en el país”, señala la investigadora. Lo lograron gracias al trabajo del Grupo de Dispositivos y Sensores del Centro Atómico Bariloche de la CNEA. Además de este grupo y del Departamento de Energía solar (al que pertenece Barrera, dirigido por Hernán Socolovsky), contaron con la colaboración del Departamento de Micro y Nano Tecnología del CAC-CNEA.
Los primeros prototipos de estas celdas solares espaciales miden un centímetro cuadrado. En esta primera etapa, se buscó evaluar el proceso de fabricación y de caracterización, y se comprobó que funcionan correctamente como celdas solares. Con respecto a los costos, Barrera indica que todavía es pronto para estimarlos pero que “además de la ventaja económica que seguramente vamos a tener por hacerlas acá, lo más importante es que podremos saber exactamente cómo están hechas”.
Los investigadores apuntan a que, una vez terminado el desarrollo, se podrá adaptar a satélites de distintos tamaños. El objetivo final será poder fabricar las celdas en serie e integrar paneles para uso espacial o terrestre. “Cuánto nos llevará esto va a depender de los recursos económicos y humanos que vayamos consiguiendo. La próxima etapa es volver a optimizar los dispositivos e incluir mejoras como el depósito de una capa antirreflectante para aumentar su eficiencia. Esperamos tener la celda solar a nivel laboratorio optimizada y con buena performance dentro de seis meses o un año. Y, más adelante, habría que escalar a otros tamaños para poder hacer las pruebas en satélites”, finalizó Barrera.
Con información de la Agencia TSS
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