Vanguard 1: la energía solar en el espacio cumple 60 años

Este mes de marzo se ha cumplido el sexagésimo aniversario de la energía solar en el espacio. El 17 de marzo de 1958, el satélite estadounidense Vanguard 1 entró en órbita, convirtiéndose en el cuarto satélite en hacerlo y el primero en utilizar la energía solar. Vanguard 1 era lo suficientemente pequeño como para sostenerlo en una mano: 1,5 kg de masa y 16 cm de diámetro, con antenas de 76 cm de ancho.

En total, Vanguard 1 tenía 6 celdas solares de silicio que generaban aproximadamente 1 vatio. En comparación, la potencia producida por un sistema fotovoltaico típico instalado en la azotea en 2018 es varios miles de veces mayor, y la capacidad de energía solar global es cientos de miles de millones de veces mayor.

¿Por qué los primeros satélites usaron energía eléctrica? Principalmente, para enviar señales de radio a la Tierra. El primer satélite que entró órbita fue el satélite soviético Sputnik 1, que alcanzó la órbita 6 meses antes que el Vanguard 1 y emitía señales de radio a 20 y 40 MHz. Estas señales de radio podían ser detectadas en la Tierra, incluso por radio aficionados.

De hecho, proporcionaron pruebas adicionales de que el satélite realmente estaba en órbita alrededor de la Tierra (también se podía ver con telescopios grandes), y permitieron a los observadores medir su posición y trayectoria. El poder de proporcionar esta señal de radio provino de las baterías, que duraron 21 días antes de que se gastaran.

Aquellas comunicaciones de radio eran de una sola vía. Los primeros satélites no podían recibir comunicaciones de la Tierra, y eran esencialmente una batería, un transmisor de radio y una antena.

Los satélites segundo y tercero, el Sputnik 2 soviético y el Explorer 1 de EEUU, también usaron baterías para poder emitir señales de radio, que duraron algo más de tiempo (el Explorer 1 tenía un modo de potencia inferior que duró 105 días).

Vanguard 1, sin embargo, tenía dos transmisores de radio. Un transmisor (a 108 MHz) funcionaba con una batería que duraba 20 días. El segundo transmisor (a una frecuencia de radio ligeramente más alta, 108.3 MHz) fue alimentado por células solares (aún no probadas), y transmitió durante más de seis años , o más de 23,000 órbitas de la Tierra, antes de quedarse en silencio.

Vanguard 1 era esencialmente un satélite prototipo, un ejercicio de aprendizaje para hacer que los satélites futuros fueran más fiables. El único equipo científico aparte de los transmisores de radio eran dos termistores, que medían el cambio en la temperatura del cuerpo del satélite mientras se movía de la luz solar a la sombra de la Tierra y viceversa. Como Vanguard 1 transmitió su posición utilizando su transmisor de energía solar durante más de seis años, los científicos acumularon gradualmente datos suficientes para determinar nueva información sobre la forma de la Tierra.

Se sabía anteriormente que la Tierra no era una esfera perfecta, y que estaba aplanada por los polos. Newton había predicho este aplanamiento, que es causado por la rotación de la Tierra, y se confirmó en 1887 cuando un equipo dirigido por Alexander Ross Clarke midió que el radio de la Tierra era 21 km mayor o 0.3% mayor en el ecuador que los polos.

Los satélites y los vuelos espaciales fueron uno de los primeros usos de la energía solar. Las células fotovoltaicas en ese momento eran increíblemente caras, y su salida intermitente era difícil de manejar ya que las baterías recargables también eran muy caras. En el espacio, sin embargo, la energía solar tenía claras ventajas. La combustión, por ejemplo, requiere que tanto el combustible como el oxígeno (u otro oxidante) se eleven desde la Tierra en tanques.

Por ejemplo, los motores del cohete Saturno V que envió humanos a la luna tenían tanques de hidrógeno líquido y oxígeno líquido. (Esos motores fueron obviamente utilizados para hacer que el cohete se moviera, no para generar electricidad).

Las baterías no recargables no pueden proporcionar energía durante mucho tiempo sin una gran cantidad de "combustible químico". Pero en el espacio, sobre las nubes, la energía solar era más o menos constante todo el tiempo en el que los paneles no estaban detrás de la tierra. Durante ese tiempo, no se necesita combustible.

Los satélites generalmente orbitaban la Tierra cada pocas horas, de modo que cuando las baterías recargables comenzaban a usarse con paneles solares, eran pequeñas en comparación con las necesarias para durar toda la noche en la tierra.

Hoy en día, la Estación Espacial Internacional tiene 84 kW de paneles solares , que proporcionan toda su potencia, incluidos los sistemas de soporte de vida para los 6 tripulantes, comunicaciones y equipos científicos. Las baterías recargables proporcionan energía durante los 35 de cada 90 minutos que la estación se encuentra a la sombra de la Tierra.

¿Qué pasó con Vanguard 1?

Aunque su radio ya no transmite, Vanguard 1 continúa orbitando la Tierra en la actualidad, a una altitud entre 600 y 4.000 km, recorriendo la Tierra aproximadamente cada 2 horas.

Ahora es el objeto más antiguo hecho por humanos que permanece todavía en el espacio. Sputnik 1 y Sputnik 2 volvieron a entrar en la atmósfera alrededor de un año después del lanzamiento, y el Explorer 1 volvió a ingresar en 1970. Vanguard 1 se encuentra en una órbita muy estable, y la NASA prevé que dure otros 180 años. Varios sitios web rastrean su ubicación (Satflare, n2yo).