¿Se podría usar el vapor como una fuente de energía eficiente para una nave espacial?

Respuesta muy simple: necesitaría algún tipo de paneles de calefacción a través de los cuales dejar fluir el agua mientras se calienta. Los paneles solares son finas láminas de silicio. No podrá construir los paneles de calentamiento de agua más livianos que los paneles solares, e incluso si lo hiciera de alguna manera, aún tendría que llevar una turbina de vapor.

Como ya señaló un comentarista, en su comparación de eficiencia descuida la eficiencia de absorción de los paneles en sí. Además, el valor del 20% que citó fue para una turbina de alta presión. Si los paneles tienen que soportar una presión tan alta, eso los hará aún más pesados.

Respuesta muy simple. Está buscando la métrica incorrecta para la eficiencia.

Lo más caro en una estación espacial no es el área, no paga por pie de "tierra" (y su luz solar asociada) en el espacio. Lo más caro es la masa y subirla. Una máquina de vapor es pesada por unidad de potencia en comparación con un panel solar (especialmente cuando se compara con los paneles solares de múltiples uniones que tienen una eficiencia de ~30% que usan en el espacio).

Un pdf de la Nasa de 1971 dice que las matrices de células solares de silicio [es decir, fotovoltaica] se establecen como el generador de energía sostenida más confiable y económico en el espacio .

Un factor clave en la confiabilidad es que las celdas mismas no tienen partes móviles. Sin embargo, la matriz debe desplegarse mecánicamente y, por lo general, se montaría en cardanes para mirar hacia el sol. Las fallas en cualquiera de estos sistemas no son infrecuentes.

Por supuesto, mucho ha cambiado desde entonces: las células solares fotovoltaicas se han vuelto mucho más eficientes. Las celdas de dos capas están ampliamente disponibles al 30% bajo la iluminación de un sol (es decir, sin concentradores).

Un pdf de 2013 da cifras comparables.

En resumen, la respuesta es no. Las celdas solares fotovoltaicas son más eficientes y confiables para usos a mediano plazo (hasta 10 años).

Solo si es en la década de 1940, principios de la de 1950 o antes, y aún no se han inventado ni la fotovoltaica efectiva ni los reactores nucleares espaciales.

La pregunta incluye algunas premisas erróneas.

En primer lugar, las células solares modernas obtienen una mayor eficiencia que eso. Las celdas solares comerciales pueden tener eficiencias de 20 a 20, y los vuelos espaciales obviamente usan los mejores y más eficientes fotovoltaicos disponibles probados en vuelo.

En segundo lugar, la "eficiencia" no suele ser la consideración más relevante. Para la energía en el espacio, lo que es importante a menudo es la potencia de salida por peso, o la energía de por vida por peso (si se consideran cosas como celdas de combustible, turbinas de gas o reactores nucleares donde la cantidad de combustible es finita). Otras cosas extremadamente importantes en las aplicaciones espaciales incluyen la simplicidad / confiabilidad (por lo general, se deben evitar las piezas móviles) y la capacidad de miniaturizarse (no tan bueno para las máquinas de vapor).

En tercer lugar, las máquinas de vapor eficientes no funcionan en el punto de ebullición del agua. En cambio, el agua en las calderas se presuriza para que hierva solo a una presión mucho más alta, y el vapor se sobrecalienta a 500 °C o más.

En cuarto lugar, las máquinas de vapor son máquinas térmicas, que se basan fundamentalmente en su capacidad de liberar calor, a baja temperatura. Esto es fácil de hacer en la Tierra, donde puede tener condensadores enfriados por aire o por agua. Para una nave espacial, solo se puede radiar, y la radiación de grandes cantidades de energía requiere radiadores grandes y de alta temperatura. Esto hace que los motores térmicos en general sean prolemáticos en el espacio.

En las décadas de 1940 y 1950, el diseño especulativo para naves espaciales y estaciones espaciales a menudo incluía máquinas de vapor que usaban mercurio metálico en lugar de agua, pero que, por lo demás, funcionaban como usted describe. Los espejos parabólicos enfocarían la luz del sol en una caldera de mercurio, y el vapor de mercurio pasaría a través de una turbina y luego se condensaría en el líquido en radiadores de condensador. Mercurio se vio favorecido porque la temperatura de condensación sería mucho más alta que con el agua y, por lo tanto, la radiación funcionaría mucho mejor.

A medida que avanzaba la década de 1950, se hizo mucho más evidente que los reactores nucleares serían una opción mucho más simple y práctica, y con frecuencia se suponía que todas las naves espaciales usarían energía nuclear. Mientras tanto, se hizo evidente que la exploración espacial se haría con pequeñas cápsulas y diminutos satélites automatizados, en lugar de los enormes cohetes atómicos de la ciencia ficción heinleiniana y las teorías vonbraunianas. Para estas aplicaciones, los paneles solares proporcionaron una opción mucho más liviana (sin turbinas, tuberías y válvulas grandes y pesadas) y más confiable (sin partes móviles siempre es un gran beneficio). Para la energía nuclear, es probable que la conversión de energía use los ciclos Stirling o Brayton de gas en lugar de vapor, o use opciones sin partes móviles como la energía termoiónica o termoeléctrica.