La tecnología española que transforma el viento de Marte en electricidad para que la ESA explore el planeta rojo

La exploración de Marte, tanto humana como robótica, requerirá de una autonomía completa respecto a la Tierra. Al igual que en nuestro planeta, contar con un suministro energético estable será crucial para facilitar la creación de hábitats permanentes. Y no vale con la solar. Las tormentas de polvo en Marte pueden durar más de seis meses, dejando inoperativa esta fuente de energía, con las consecuencias que esto acarrearía a los futuros astronautas. 

Visto el problema, tocaba buscar la solución, y en el centro tecnológico Tekniker, en Eibar (Guipúzcoa), se plantearon una pregunta: ¿es posible convertir el viento de Marte en energía eléctrica? Desarrollaron una propuesta que en 2020 presentaron a la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) y, tras ser aprobada, tenían listo su primer prototipo en 2021.

“El objetivo del proyecto era crear, por primera vez en la historia, una turbina eólica eficiente y resistente para producir energía con un generador triboeléctrico”, describe Borja Pozo, investigador y responsable del sector espacial de Tekniker, en entrevista con D+I – EL ESPAÑOL.

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Hacer uso de la tecnología triboeléctrica también era una propuesta arriesgada e innovadora como alternativa a los generadores electromagnéticos habituales. “Aunque es relativamente nueva, se está valorando su uso para la exploración planetaria por tener menos peso y volumen, lo que permite que las misiones sean más eficientes y económicas”, explica Pozo.

El desafío principal del proyecto Horace radicaba en adaptar la tecnología a las condiciones ambientales marcianas, y ser capaz de convertir la energía mecánica del viento en energía eléctrica para utilizarla como fuente auxiliar de las placas solares.

Ecosistema marciano

Para entender la dificultad, hay que tener en cuenta que la atmósfera de Marte respecto a la de Tierra difiere sobre todo en dos parámetros: la densidad y la velocidad. “La densidad de la atmósfera en la superficie de la Tierra es de 1,217 kg/m³ y en Marte de 0,020 kg/m³, ambas a nivel de superficie; mientras que las velocidades del viento medidas en Marte dan un rango entre 5 y 30 m/s”, aporta Pozo.

La investigación se enfrentó a desafíos como la reducción de la fuerza de torsión para permitir el movimiento con los vientos disponibles, la adaptación a la presión atmosférica y la resistencia al polvo marciano.

Borja Pozo, investigador y responsable del sector espacial de Tekniker. Tekniker

También tenían el reto de alcanzar un equilibrio entre la vida útil de la turbina y la generación de energía, considerando aspectos como el desgaste, la abrasión, la lubricación, la durabilidad y la selección de materiales que “debían propiciar un efecto triboeléctrico óptimo”. 

“Hemos seleccionado para el prototipo el aluminio, el recubrimiento Diamond Like Carbon (DLC) y el teflón modificado debido a su mayor densidad de potencia, así como a su uso potencial como lubricantes y películas sólidas en el entorno de Marte”, detalla el investigador. “El resultado son dos millones de ciclos de funcionamiento en el primer prototipo”.

Simuladores y túneles de viento

Una vez diseñadas, fabricadas y montadas las dos turbinas, se llevaron a cabo diversas pruebas para validar su funcionamiento y comprender mejor su comportamiento, tanto eléctrico como mecánico y ambiental.

“En nuestro centro tecnológico, contamos con un equipo llamado Titán, en el que podemos simular condiciones marcianas, con una presión de entre 8 y 16 milibares (mbar) y una composición atmosférica de CO2 al 96%. Aquí, realizamos la mayoría de las pruebas, incluida la validación del comportamiento de presurización del recipiente, la generación de energía, los valores de precarga y la durabilidad de los materiales del generador”, explica Pozo.

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Junto a este simulador, también tuvieron que recurrir al túnel de viento marciano de la Universidad de Aarhus, en Dinamarca. En estas instalaciones, que emplea la ESA habitualmente, sometieron a las turbinas a pruebas como la rotación del aerogenerador en diferentes condiciones de viento y presión, así como el arranque.

“Además, se ejecutó un test equivalente a 70 soles de exposición al polvo marciano, similar a una tormenta marciana. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, sin que se produjera ningún daño estructural o de desgaste, y sin que se detectaran partículas de polvo en el interior del sistema”, asegura el investigador.

Próxima misión: 2027

Con estas pruebas superadas, ahora los investigadores saben que las turbinas eólicas pueden girar en Marte y que, por tanto, la energía eólica podrá utilizarse en futuras misiones como sistema de energía secundario. Además, como adelantaba Pozo, los generadores triboeléctricos reducirán el peso y el tamaño de las turbinas facilitando su transporte y su eficiencia se incrementará en las particulares condiciones ambientales de Marte.

El objetivo ahora es seguir optimizando el diseño, corrigiendo los errores detectados o las mejoras necesarias y alcanzar un modelo operativo en 2027. “Para ello, lo siguiente es realizar una campaña de pruebas de amplio alcance en condiciones representativas pertinentes: vacío térmico, pruebas de vida útil/operativas, vibración/choque, túnel de viento de Marte, exposición al polvo, EMC, radiación y potencia”, precisa el investigador.

“También debe desarrollarse un convertidor que transforme la energía electrostática en eléctrica”. De esta forma, cualquier sistema espacial podrá usar esta forma de generar electricidad en el futuro y contar con una fuente de energía alternativa cuando la que produce el Sol no sea suficiente más allá de la Tierra.