La mayoría de la gente tiene claro con qué se alimentan los aparatos electrónicos que llevamos en los bolsillos y los vehículos eléctricos que nos transportan. Las baterías de litio son muy populares y pocas personas desconocen su existencia. Los más interesados están al tanto de las investigaciones sobre nuevos materiales como los electrolitos sólidos o nuevas químicas como las del silicio, el sodio o el azufre. Pero hay unas baterías, las que se usan en aplicaciones espaciales que son más desconocidas y que han ido alimentando durante las últimas décadas vehículos que han realizado los viajes más espectaculares. Esta es una recopilación realizada por batterytechonline de las que ha empleado la NASA desde el Apolo 11 al telescopio James Webb.
Estamos actualmente en una buena época para los fans de los programas espaciales. Lo más espectacular han sido las imágenes que el telescopio James Webb está enviando en su regreso a la Tierra. La NASA ha anunciado una fecha aproximada para el lanzamiento de su nuevo cohete Space Launch System (SLS) y para la misión Artemis 1: el 29 de agosto es la fecha fijada para el regreso de la NASA a la luna. Bajo el nombre de Artemis se recogen una serie de programas internacionales de vuelos espaciales tripulados liderados por Estados Unidos. Si bien esta primera misión no será tripulada, sí marcará el comienzo de una nueva etapa que podría comparable con la de los años de Apolo. De hecho, la NASA ha decidido anunciar otra fecha de lanzamiento, el 20 de mayo, el aniversario del alunizaje del Apolo 11.
Para los que quieren saber más de la tecnología de las baterías, estos viajes espaciales aportan respuestas a las preguntas sobre los sistemas de almacenamiento de energía utilizados en los vehículos: la innovación que aportan, su comparación con los sistemas previos y las posibilidades de que sean utilizados en vehículos terrestres. En el caso de Artemis, ¿cómo se comparan sus baterías con lo que la NASA implementó hace más de 50 años en las misiones Apolo? Lo mismo ocurre en el caso del telescopio Webb, heredero del Hubble, al que en 2009 se le cambiaron "las pilas" mientras se encontraba en órbita. En el caso de Webb esta operación sería mucho más complicada porque orbita a 1,5 millones de kilómetros de la tierra, mientras que Hubble lo hacía a 570 kilómetros.
Apolo 11
El módulo lunar del Apolo 11 empleaba seis baterías de óxido de plata y zinc suministradas por el fabricante de baterías EaglePicher Technologies. Cuatro de ellas se emplearon para alimentar la maniobra de descenso a la luna y dos más para la de ascenso.
Según contó Jack Brill, ingeniero de proyectos del programa Apolo de EaglePicher, a Design News en 2019, su fabricación presentaba placas alternas de plata y zinc, separadas por un aislamiento de papel y rodeadas por un electrolito de hidróxido de potasio líquido. El objetivo más importante en este caso "era bajar de peso".
Artemis 1
El 8 de julio, los técnicos de la NASA activaron algunas de las baterías de iones de litio utilizadas para los elementos del cohete Artemis 1, incluidos los propulsores de cohetes sólidos y el ICPS. "Las baterías de la etapa central se activarán en las próximas semanas para luego instalarlas todas", según se indica en una publicación de blog de la NASA.
KULR Technology Group está probando la seguridad de las baterías de iones de litio del Programa Artemis para asegurarse de que cumplan con los estrictos requisitos de certificación de la NASA para vuelos tripulados: EP-WI-037, según un comunicado de prensa.
Curiosity Mars Rover
El rover Curiosity funciona con un sistema de radioisótopos: se utilizan 4,8 kilogramos de dióxido de plutonio para generar electricidad (un poco más de 100 W) a partir del calor de su desintegración radiactiva. Según una hoja de datos de la NASA, también se instalaron dos baterías recargables de iones de litio para satisfacer las demandas máximas de las actividades del rover cuando estas exceden temporalmente los niveles constantes de producción eléctrica del generador.
Telescopio Hubble
El telescopio Hubble, que funciona con energía solar, empleó seis baterías de hidrógeno de níquel para usar cuando el satélite está a la sombra de la Tierra, lo que ocurre aproximadamente 36 minutos de cada órbita terrestre de 95 minutos. En 2009, las baterías originales se cambiaron por unas nuevas durante la misión de mantenimiento 4.
Según la hoja de datos de la NASA, las seis baterías juntas almacenan una cantidad de energía equivalente a 20 baterías de automóvil. Las baterías están conectadas en paralelo y entregan 32 voltios cada una (el equivalente a unas 29 baterías AA).
Cada una de ellas está compuesta por 22 celdas de hidrógeno de níquel. Su diseño está concebido para que los astronautas las manejen fácilmente en las operaciones de reemplazo. Las baterías están montadas en dos hubs que contienen tres baterías cada uno. El sistema completamente cargado puede almacenar 528 Ah de carga eléctrica y contiene suficiente energía para mantener el telescopio en modo de operación científica normal durante 7,5 horas, o cinco órbitas.
La Estación Espacial Internacional (ISS)
La Estación Espacial Internacional necesita energía de las baterías cuando está a la sombra de la Tierra, lo que sucede aproximadamente 45 minutos de cada órbita de 90 minutos. Originariamente eran de níquel-hidrógeno, pero en diciembre de 2016, la NASA comenzó a actualizar el sistema para usar baterías de iones de litio.
Esta operación necesitó un total de cuatro viajes de la nave de carga HTV y 14 paseos espaciales. Las nuevas baterías han sido proporcionadas por Boeing, que ha trabajado con Aerojet Rocketdyne, GS Yuasa Lithium Power y otras empresas para desarrollarlas y fabricarlas según las especificaciones de la NASA.
En marzo de 2021 se anunció que la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) llevará la tecnología de las baterías de estado sólido a la Estación Espacial internacional para probar su funcionamiento durante seis meses en las duras condiciones que impone el espacio.
Sonda Juno Júpiter
Juno llegó a Júpiter el 4 de julio de 2016, tras realizar un viaje de 2.700 millones de kilómetros que duró cinco años. Con una órbita cinco veces más alejada del sol que la de la Tierra, el planeta más grande del sistema solar recibe 25 veces menos luz solar que la Tierra. Juno fue la primera sonda diseñada para operar con energía solar a una distancia tan extrema. Dos baterías de iones de litio de 55 Ah, capaces de tolerar el entorno de radiación de Júpiter, proporcionan energía a Juno cuando está en eclipse, según indica la hoja informativa de la NASA.
Telescopio espacial James Webb
Aunque el telescopio Webb está alimentado por energía solar, depende de las baterías de iones de litio ABSL de Enersys. Según la compañía, EnerSys fue seleccionado por Northrop Grumman en 2012 para proporcionar las baterías de iones de litio recargables ABSL 8s44p con relés de desconexión de Webb. Posteriormente, en 2018, se adjudicó un segundo contrato para una batería 8s44p adicional, diseñada para incorporar una química de celda alternativa.
Las baterías de iones de litio ABSL fueron seleccionadas para esta misión debido a su diseño estricto y su rendimiento estructural y térmico, "con los que brinda la vida útil prolongada y fiable que exigen las misiones espaciales exitosas", según un comunicado de prensa de Enersys
… y un extra, el avión eléctrico X-57 Maxwell
De vuelta en la Tierra, la NASA está desarrollando su primer avión experimental totalmente eléctrico llamado X-57 Maxwell. El sistema de propulsión tiene un peso total de 1.750 kilogramos de los que 390 corresponden a las baterías de litio. Con él, la velocidad de crucero que puede alcanzar es de 276 km/h a una altura de 8.000 pies (2.400 metros). Con esta configuración, la agencia espacial americana arrancó un programa de pruebas en tierra para asegurar que las condiciones de vuelo que ofrece cumplen los estándares de seguridad. Finalizadas estas las pruebas de vuelo real para comprobar la viabilidad de la aeronavegabilidad eléctrica para aeronaves comerciales. Según la NASA, el X-57 logra alcanzar un 500% más de eficiencia en los cruceros de alta velocidad, sin emisiones de carbono en vuelo y el completo silencio.
