L’idée de transmettre de l’énergie à une Terre avide d’énergie depuis l’espace est étudiée depuis longtemps. Il a été proposé pour la première fois il y a plus de 80 ans dans la science-fiction.
“C’était calme dans la salle des officiers de la station solaire n°5 – à l’exception du doux ronronnement du puissant directeur de faisceau quelque part loin en dessous”, a écrit le célèbre auteur Isaac Asimov dans son article “Reason” d’avril 1941 paru dans le magazine “Astounding Science Fiction”. “.
Asimov avait ses personnages s’occupant d’une station de collecte d’énergie solaire dans l’espace qui acheminait les rayons d’énergie vers des récepteurs sur Terre, ainsi que sur Mars. Avance rapide jusqu’au 21e siècle, et les enquêtes ici sur Terre et maintenant dans l’espace semblent renforcer ce concept. Pourtant, certains considèrent le rayonnement de l’énergie solaire spatiale comme une technologie vraiment lointaine et hors du faisceau, un concept économiquement douteux qui constitue une bonne science-fiction. Space.com a contacté plusieurs technologues pour leur demander ce qui est nouveau, ce qui est ancien et ce qui manque encore en termes de transmission d’énergie vers la Terre depuis l’espace.
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Trio de technologies
Le projet d’énergie solaire spatiale (SSPP) de Caltech est considéré par certains comme une lueur d’espoir pour cette technologie.
Plus d’un an s’est écoulé depuis que la technologie de démonstration SSPP a été lancée dans le bac d’essai de l’orbite terrestre. Une fois en orbite, le vaisseau spatial SSPD-1 a testé un trio d’innovations technologiques conçues pour aider à rapprocher l’aiguille de l’énergie solaire spatiale de la pleine réalité. Ils étaient:
- DOLCE : Une expérience composite ultralégère déployable en orbite pour présenter un nouveau schéma de packaging et de déploiement.
- ALBA : 32 types différents de cellules photovoltaïques (PV) pour évaluer leur résistance aux environnements spatiaux difficiles.
- ÉRABLE: Un réseau de micro-ondes pour une expérience de transfert de puissance en orbite basse basé sur des circuits intégrés personnalisés avec un contrôle de synchronisation précis pour concentrer la puissance de manière sélective sur deux récepteurs différents afin de démontrer la transmission de puissance sans fil à distance dans l’espace.
Isaac Asimov, dans son histoire d’avril 1941 « Reason », prévoyait des centrales électriques émettant de l’énergie dans l’espace. (Crédit image : Rey Isip, avec l’aimable autorisation du projet Luminist Archives/READITFREE.ORG)
Allez jusqu’à la limite
“Beaucoup de choses ont fonctionné, et celles qui fonctionnaient bien, nous les avons poussées jusqu’à ce qu’elles cessent de fonctionner”, a déclaré Ali Hajimiri, co-directeur du projet d’énergie solaire spatiale Caltech.
Hajimiri s’est concentré sur les circuits intégrés et leurs applications dans diverses disciplines, telles que la biotechnologie, les communications et la détection, qui couvrent une large gamme de fréquences allant de la haute vitesse et des radiofréquences aux circuits basse fréquence de haute précision.
Oui, a souligné Hajimiri, il y a eu des problèmes au cours de la mission SSPD-1, qui a duré neuf mois. “Nous avons eu un véritable problème lors du déploiement, mais l’équipe a résolu le problème. Même lors du transfert d’énergie sans fil, nous avons eu toutes sortes de situations. Ensuite, nous avons vraiment mis le système sous tension vers la fin de la mission, au point où nous avons essayé de causer activement des dégâts. “.
Réalisation de toiture
Ali Hajimiri, co-directeur du projet d’énergie solaire spatiale Caltech. (Crédit image : Caltech/Francesca Forquet)
Le 22 mai 2023, les résultats du SSPD-1 ont littéralement atteint le toit du laboratoire d’ingénierie Gordon et Betty Moore de Caltech. Pendant seulement 90 secondes, le matériel MAPLE du vaisseau spatial a transmis vers la Terre de l’énergie qui a été récoltée dans l’espace.
Hajimiri s’empresse d’expliquer que le niveau d’énergie reçu au niveau du toit était ultra-faible. Il s’agissait principalement de détection, a-t-il déclaré, mais le véritable buzz est de considérer la modeste quantité d’énergie reçue comme un petit pas vers l’énergie solaire spatiale.
Le SSPD-1 va bientôt être mis hors service et laissé faire un plongeon destructeur dans l’atmosphère terrestre.
L’attention du projet se tourne désormais vers la résolution de problèmes tels que la mise à l’échelle, la possibilité d’un déploiement autonome et le développement de structures plus légères.
Inconnus inconnus
“Il y a beaucoup d'”inconnues” qui doivent encore être résolues”, a déclaré Hajimiri. À cette phase des travaux, l’équipe étudie les processus de fabrication de matrices de type tissu à faible coût. En outre, la synchronisation temporelle est assez difficile, en particulier sur une structure flexible et souple flottant dans l’espace.
“Nous avons développé de nouvelles façons de réfléchir à ce problème”, a ajouté Hajimiri, “des façons permettant à un réseau de déterminer lui-même sa propre forme et d’y apporter des corrections grâce à son électronique”.
Même avec le statut « au revoir et à bientôt » du SSPD-1, de nombreuses étapes inestimables ont été franchies, a déclaré Hajimiri. “Le plus grand défi est de sensibiliser les gens et de démontrer clairement que ce que nous avons fait est réel.”
Solution évolutive
Concept d’énergie photovoltaïque/solaire spatiale basé sur l’espace, SPS-ALPHA, tel qu’envisagé par John Mankins pour le programme NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). (Crédit image : Mark Elwood/SpaceWorks Enterprises)
Il n’existe pas de technologie énergétique propre, ferme et distribuable autre que l’énergie solaire spatiale (SBSP), selon Virtus Solis Technologies Inc, basée à Troy, dans le Michigan.
John Bucknell est le PDG et fondateur du groupe. “Ceux d’entre nous qui ont comparé toutes les technologies énergétiques viables savent qu’une solution évolutive doit être de faible complexité, à faible intensité minérale, fabriquable en masse et capable de fournir une énergie électrique ferme, sûre et à faible coût, comme les combustibles fossiles l’ont fait pour la dernière fois. 200 ans”, a-t-il déclaré.
Bucknell et ses collègues élaborent un système SBSP qui répond à tous ces critères : une constellation de 16 réseaux dans l’espace qui produisent chacun 20 gigawatts de puissance. Collectivement, 320 gigawatts peuvent être fournis n’importe où sur la planète, a-t-il déclaré, un système évolutif pour devenir beaucoup plus grand.
“Avec une croissance de capacité de 50 pour cent d’une année sur l’autre, SBSP pourrait atteindre 100 térawatts de production en 30 ans et satisfaire les besoins d’une planète de 10 milliards d’habitants”, a déclaré Bucknell.
Déconnecter
“Il existe toujours un décalage entre les études universitaires et les études sur les coûts de fabrication de l’aérospatiale et ce que l’industrie privée peut réaliser”, estime Bucknell. “En conséquence, notre prévision de 200 millions de dollars pour achever la recherche et le développement et mettre en orbite une usine pilote fonctionnelle semble incroyable.”
Pour l’argent de Bucknell, et pour les investisseurs également, c’est l’industrie énergétique qui a besoin d’entendre et de comprendre ces options, a-t-il suggéré, plutôt que l’industrie spatiale.
“SBSP ressemble encore à de la science-fiction car ils ne savent pas que les technologies sous-jacentes ont toutes mûri et qu’il suffisait d’un lancement spatial commercial pour que cela se réalise. Virtus Solis a été le premier à s’intégrer autour de cette opportunité”, a déclaré Bucknell, “conçu à partir du atteint un objectif de coût pour aborder le marché mondial de l’énergie.
Les investisseurs veulent s’assurer qu’il n’y a aucun risque pour les revenus, a observé Bucknell. “Une démonstration orbitale signifie que vous disposez d’un produit réel, donc le risque restant lié à l’assemblage en orbite et à la transmission de puissance a été démontré et le produit peut ensuite évoluer.”
Places debout uniquement
John Mankins, d’Artemis Innovation Management Solutions à Santa Maria, en Californie, est un leader dans la promotion de l’exploitation de l’énergie solaire depuis l’espace.
Mankins a participé en avril à une conférence internationale sur l’énergie solaire spatiale organisée par l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale britannique à la Royal Aeronautical Society de Londres.
“Il n’y avait que des places debout”, se souvient Mankins. “Presque aucune des 200 personnes n’était un acteur régulier, et c’était un énorme changement”, qu’il s’agisse de chercheurs chinois travaillant sur la technologie des centrales électriques spatiales ou de l’initiative européenne SOLARIS. Des travaux sont en cours au Royaume-Uni, ainsi que des recherches progressives sur les transmissions électriques au Japon et dans d’autres pays, a-t-il déclaré.
Préparation réutilisable
Mankins a déclaré que les bases du rayonnement de puissance ont été posées à maintes reprises par des expériences sur le terrain. “Pour moi, la fonction de transmission de puissance a été démontrée il y a des décennies”, a-t-il déclaré, “et maintenant le véritable problème est de savoir comment réaliser de très gros systèmes.”
Pour tout type de mégaprojet dans l’espace, « l’obstacle le plus visible à l’énergie solaire spatiale semble être sur le point de tomber », a conseillé Mankins, à savoir les lanceurs réutilisables et à faible coût.
Les fusées réutilisables ont été dirigées par SpaceX et ses propulseurs de classe Falcon et maintenant par l’énorme programme de vol Starship. De même, le lanceur New Glenn de Blue Origin s’approche de son premier vol. D’autres pays cherchent également à se préparer au réemploi dans le secteur des boosters, comme l’ESA et la Chine.
Mise sous tension
Il y a néanmoins du travail à faire dans les années à venir.
En ce qui concerne l’avenir, Mankins a déclaré que les démonstrations au niveau des systèmes peuvent résoudre des problèmes tels que trouver la bonne conception ou déterminer dans quelle mesure les technologies peuvent évoluer et à quel prix. Il est également essentiel que les ingénieurs des vaisseaux spatiaux étudient ce qui se passe rapidement en robotique ici sur Terre et l’appliquent à la construction dans l’espace.
De plus, la puissance transmise depuis l’espace doit aller au-delà de l’expérience de Caltech sur les nanowatts par centimètre carré et atteindre les microwatts par centimètre carré, a conseillé Mankins.
“Mais dans 2-3 ans, une puissance mille fois supérieure. Il y aura des progrès incroyables”, prédit Mankins, “alors les vaches sortiront de l’étable.”
2024-05-29 13:00:00
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