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ingeniería aeroespacial

La energía que llega del Sol

Empresa de São José dos Campos desarrolla una técnica de fabricación de paneles solares utilizados en satélites artificiales

La fabricación de paneles que captan la energía del Sol para suministrar energía eléctrica a los satélites que giran alrededor de nuestro planeta es una novedad tecnológica elaborada en la ciudad de São José dos Campos (São Paulo). Y este mérito le corresponde a Orbital Engenharia, una pequeña empresa que desde el año pasado domina el ciclo completo de producción de estos artefactos.

“Fuera de Brasil tan solo países como Estados Unidos, Francia, Alemania, Japón, Rusia y China tienen capacidad para fabricar estos paneles”, dice el ingeniero mecánico Célio Costa Vaz, director de Orbital. Para adquirir tal conocimiento e ingresar en el selecto grupo de productores de paneles solares espaciales, la empresa contó con el financiamiento de la FAPESP, a través del Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE).

Los paneles, conocidos también como generadores fotovoltaicos, constituyen la manera más eficiente de generar energía para satélites y globos estratosféricos. Estos dispositivos transforman la radiación solar existente en el espacio en electricidad, la energía esencial para el funcionamiento de los vehículos espaciales.

La explicación para que tan solo un pequeño número de naciones domine la tecnología de producción de dichos generadores radica en la dificultad para armar su unidad básica, una pieza denominada Solar Cell Assembly (SCA), o célula solar ensamblada, en traducción libre. “Si comparásemos al panel con una caja llena de pilas, cada célula sería una pila”, comenta Vaz. Dicha célula está compuesta por tres componentes: la célula solar, el interconector y una cobertura de protección conocida como cover glass , o cubierta de vidrio.

Las células solares pueden elaborarse en varios materiales, entre eles el silicio y el arsenuro de galio. Miden usualmente 0,2 milímetro (mm) de espesor y normalmente tienen anchos que varían entre los 2 centímetros (cm) por 4 cm y 4 cm por 7 cm. Los interconectores son diminutas piezas de plata de 0,012 milímetro de espesor, utilizadas para hacer el contacto eléctrico entre las células. El cover glass , por su parte, es un vidrio muy delgado (de entre 0,1 mm y 0,2 mm de espesor), similar a una lámina de microscopio, dotado de una capa antirreflectora. Va pegado sobre la célula solar y la protege de las radiaciones existentes en el espacio, como los protones y electrones.

Las herramientas esenciales
Estos tres componentes, la célula solar, el interconector ycover glass, pueden adquirirse fácilmente, pero el problema reside en el ensamble de la célula. “A simple vista puede parecer algo bastante sencillo, pero no lo es. Existen varios requisitos de calidad que hacen del montaje una tarea harto compleja. Ya antes intentamos desarrollarla para su calificación, pero no lo logramos”, afirma el ingeniero Célio Vaz, que trabajó durante 18 años en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugués), con sede en São José dos Campos (interior de São Paulo).

La complicación está en el hecho de que las herramientas necesarias para la producción de la SCA no se encuentran en el mercado, al contrario de lo que sucede con los componentes. “Tuvimos que desarrollar los equipamientos, los dispositivos y las herramientas para fabricar la Solar Cell Assembly . Esto solamente fue posible porque contamos con el financiamiento del PIPE.”

Durante la primera fase del proyecto, el investigador diseñó los aparatos para la producción de las células y del panel solar, definió los procesos y los procedimientos de fabricación, esbozó el plan de garantía del producto, los programas de inspección y los ensayos de calificación. Este trabajo, iniciado en abril de 2001, demandó alrededor de seis meses. En la segunda fase, que se extendió por un lapso de dos años, se concretó efectivamente la elaboración de los equipamientos, como así también el desarrollo de los procesos y la fabricación y el ensayo de los cuerpos de prueba.

“Los resultados a los que arribamos demuestran que disponemos de calidad tecnológica y de medios de fabricación calificados como para atender la demanda de equipos del sector aeroespacial”, afirma Célio Vaz. De acuerdo con el ingeniero, el dominio de esta tecnología redundará en grandes ventajas para el país, como por ejemplo la sustitución de importaciones, la generación de empleos locales, Orbital emplea a cuatro personas, dos de ellas de nivel superior, y la posibilidad de exportar productos y servicios de alto valor agregado.

Dos pedidos
Los clientes finales de Orbital son la Agencia Espacial Brasileña (AEB) y el Inpe, centro de investigación este último con el cual la empresa firmó su primer contrato en diciembre de 2001. La firma participó en una licitación pública y fue seleccionada para fabricar cuatro paneles solares para el Satélite Científico (Satec). Cada uno de estos paneles mide 50 cm por 66 cm. En este proyecto se utilizaron 1.100 células importadas, porque en aquel tiempo Orbital no producía aún estos componentes. Cada célula, hecha con silicio monocristalino, media 20 mm por 40 mm. El Satec estaba programado para entrar en órbita a bordo del Vehículo Lanzador de Cohetes (VLS), que explotó en la base de lanzamiento de Alcântara, estado de Maranhão, en agosto del año pasado.

En septiembre de 2002, la empresa fue subcontratada para participar en un emprendimiento más ambicioso aún: proyectar y fabricar los paneles solares que serán instalados en un módulo de servicio común a una serie de satélites denominado Plataforma Multimisión (PMM), con capacidad de llevar en cada vuelo cargas útiles variables, tales como cámaras para captar imágenes de la Tierra, radares o experimentos científicos, por ejemplo.

La plataforma se encuentra en construcción a pedido de la AEB y el Inpe, tarea a cargo de un consorcio de empresas nacionales: Atech, de São Paulo, Cenic, Fibraforte y Mectron, de São José dos Campos. Está dotada de equipos básicos (los sistemas de suministro de energía, de propulsión, de telecomunicaciones, etc.) que sirven para mantener en operación la carga útil del satélite, como lo son las cámaras para tomar imágenes terrestres, los radares, los sensores y los experimentos científicos.

“La plataforma se encuentra en fase de explicitación del proyecto. Vamos a proyectar, desarrollar y armar paneles solares para las dos alas de la plataforma, cada una de éstas mide alrededor de 80 cm por 130 cm y tiene casi 1.500 células”, explica el director de Orbital. Se prevé que los paneles y la plataforma estén listos a comienzos de 2006.

Calidad internacional
Como el mercado nacional de satélites es limitado y estacional, Orbital tiene en la mira clientes del exterior para crecer. “Pretendemos participar en licitaciones internacionales, y para eso estamos tramitando la obtención de la certificación de la norma NBR 15100 Sistema de Calidad Espacial, que corresponde a la AS 9100A a nivel internacional”, afirma Célio Vaz. De acuerdo con el ingeniero, en Estados Unidos se fabrican algunas decenas de satélites científicos por año, por lo que dicho país se perfila como un excelente mercado.

“Creemos que podremos ser andar bien allá si logramos ofertar a un precio competitivo. Por otra parte, países como México, Chile y Argentina tienen programas espaciales y no dominan la tecnología de fabricación de estos paneles”. Otra alternativa para sobrevivir en este mercado es diversificar la producción. “Pretendemos utilizar la tecnología y los equipos que desarrollamos para fabricar otros productos, tales como sensores ópticos y equipos para el almacenamiento y acondicionamiento de la energía captada por los paneles”, dice Célio Vaz.

Sin embargo, los paneles solares espaciales no pueden usarse acá en la Tierra, pues difieren bastante de los dispositivos similares de uso terrestre. Los paneles solares terrestres son proyectados para el tipo de luz que llega a la superficie de la Tierra, con un espectro electromagnético diferente del que existe fuera de la atmósfera. Otra diferencia reside en el encapsulado del panel. El terrestre debe ir protegido contra la humedad y contra los golpes físicos provocados por el granizo, por ejemplo.

El Proyecto
Generadores Fotovoltaicos para Aplicaciones Aeroespaciales (nº 01/03041-2); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE); Coordinador Célio Costa Vaz – Orbital; Inversión R$ 236.700,00 y US$ 41.308,95

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