Desde el 4 de Octubre de 1.957, fecha en que la antigua Unión Soviética puso en órbita terrestre el primer satélite artificial, el Sputnik I, hasta la fecha, la evolución de los satélites terrestres de investigación y de los vehículos no tripulados para la exploración del Sistema Solar ha tenido un fuerte desarrollo, con impulsos irregulares motivados por la disponibilidad de fondos económicos para misiones científicas.

Desde un punto de vista puramente técnico se puede considerar que estos vehículos  constan de dos partes bien diferenciadas, por un lado una plataforma que aloja sistemas de generación de energía eléctrica, computadores, equipos de proceso y almacenamiento de datos, de telecomunicación, propulsión, control de orientación y guiado, y de ingeniería estructural.

La segunda parte de los vehículos es la que se conoce como “carga útil” (en inglés payload), formada por los instrumentos de carácter científico que cada misión necesita. Entre éstos puede haber cámaras de video, detectores y sensores para medir características de tipo geológico, físico o biológico de los planetas o sus satélites naturales, así como de otros cuerpos de interés científico (cometas, asteroides); y medidores de plasma ionizado y de campos magnéticos en los alrededores de los planetas y en el espacio interplanetario.

Nave Mars Global Surveyor

En la selección de los componentes a ensamblar en un vehículo espacial se da preferencia a la fiabilidad, a diseños experimentados, y a equipos tolerantes de fallos, incorporando elementos redundantes en aquellas zonas consideradas de importancia capital para el vehículo o la misión. Se trata de conjuntos muy sofisticados, capaces de llevar a cabo fases de cada misión de forma autónoma sin contacto terrestre.

Entre los distintos sistemas que forman parte de los vehículos espaciales, vamos a detenernos solamente en los de generación de energía eléctrica, ya que a veces son objeto de controversia cuando la opción es la nuclear.

Sistemas de generación de energía eléctrica

En los vehículos y sondas espaciales no tripulados existen dos modelos de generación empleados mayoritariamente: energía fotovoltaica por medio de paneles solares, y energía nuclear.

Los paneles están formados por células de silicio o de arseniuro de galio. Una célula de silicio de 6 cm. de diámetro expuesta a la luz solar a una distancia de una unidad astronómica (150 millones de km) es capaz de generar un amperio a 0,25 voltios; por ello hace falta ensamblar un gran número de ellas para obtener la energía necesaría, que para un vehículo de tipo medio se cifra entre 300 y 2.500 watios.

El uso de paneles solares implica asimismo el de baterías recargables para suministrar energía eléctrica durante las fases de eclipses solares, períodos de sombra o desorientación de los paneles. Las baterías de uso más frecuente son las de níquel-cadmio, así como las de níquel-hidrógeno que son más ligeras.

La energía nuclear es necesaria para aquellas misiones mas alejadas que Marte, ya que cuanto mayor la distancia al Sol peor el rendimiento de las células, y habría que aumentar de forma exagerada la superficie de los paneles para alojar un mayor número de ellas.

Los generadores nucleares son dispositivos que aprovechan el calor que se genera de forma natural durante la lenta desintegración de materiales radioactivos tales como el plutonio. Este calor es convertido en electricidad a través de la unión de dos materiales distintos (metales o semiconductores), entre los que se origina una corriente eléctrica siempre que se mantenga una diferencia de temperatura entre sus extremos.

Representación esquemática de un generador termoeléctrico de isótopos radioactivos (RTG), de los que la misión Cassini incopora tres unidades para proporcionar energía eléctrica a sus instrumentos y computadores de a bordo. Estas unidades han sido suministradas por el Departamento de Energía de los Estados Unidos

El material nuclear, dióxido de plutonio-238, está prensado en cápsulas de tipo cerámico resistentes a la fractura, formando unidades compactas diseñadas para resistir durante las fases de lanzamiento posibles accidentes tales como explosiones o fuego, e impactos con la tierra y el agua en caso de reentrada en la atmósfera terrestre.

Llevan una cubierta exterior de grafito que proporciona protección estructural, térmica y contra agentes ambientales, así como un recubrimiento de iridio de las células radioactivas para evitar derramamiento en caso de impacto.

Las misiones que han empleado generadores nucleares hasta la fecha son los Pioneer 10 y 11, los Voyager 1 y 2, Ulysses, Galileo y Cassini.