Un prototype de système solaire spatial lancé en orbite en janvier par le Caltech est opérationnel et a démontré pour la première fois sa capacité à transmettre sans fil de l’énergie dans l’espace et à envoyer de l’énergie détectable sur Terre.
La démonstration de la transmission d’énergie sans fil a été réalisée par MAPLE, une des trois technologies clés* testées par le Démonstrateur Solaire Spatial (SSPD-1), le premier prototype spatial du Projet Solaire Spatial (SSPP) du Caltech. Le but de ce dernier est de collecter l’énergie solaire dans l’espace et de la transmettre à la surface de la Terre.
MAPLE, l’acronyme de Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment est constituée d’un ensemble d’émetteurs de puissance micro-ondes légers et flexibles, alimentés par des puces électroniques personnalisées construites à partir de technologies au silicium à faible coût. Elle utilise cet ensemble d’émetteurs pour diriger l’énergie vers les zones désirées.
Pour que le SSPP soit réalisable, les réseaux de transmission d’énergie doivent être légers pour minimiser la quantité de carburant nécessaire à leur envoi dans l’espace, flexibles pour pouvoir se replier dans un colis transportable par une fusée, et une technologie globalement à faible coût.
MAPLE a été développé par une équipe du Caltech dirigée par Ali Hajimiri, professeur Bren d’ingénierie électrique et d’ingénierie médicale et co-directeur du SSPP.
« Grâce aux expériences que nous avons menées jusqu’à présent, nous avons obtenu la confirmation que MAPLE peut transmettre avec succès de l’énergie à des récepteurs dans l’espace« , déclare Hajimiri. « Nous avons également réussi à programmer le tableau pour diriger son énergie vers la Terre, que nous avons détectée ici au Caltech. Nous l’avions bien sûr testé sur Terre, mais maintenant nous savons qu’il peut survivre au voyage vers l’espace et y fonctionner.«
MAPLE comprend deux réseaux de réception séparés situés à environ 30 cm de l’émetteur pour recevoir l’énergie, la convertir en électricité à courant continu (DC) et l’utiliser pour allumer une paire de LED afin de démontrer la séquence complète de transmission d’énergie sans fil à distance dans l’espace. MAPLE a testé cela dans l’espace en allumant chaque LED individuellement et en passant de l’une à l’autre.
« À notre connaissance, personne n’a jamais démontré la transmission d’énergie sans fil dans l’espace, même avec des structures rigides coûteuses. Nous le faisons avec des structures légères et flexibles et avec nos propres circuits intégrés. C’est une première« , déclare Hajimiri.
MAPLE comprend également une petite fenêtre par laquelle le réseau peut envoyer de l’énergie. Cette énergie transmise a été détectée par un récepteur sur le toit du laboratoire d’ingénierie Gordon et Betty Moore du campus du Caltech à Pasadena. Le signal reçu est apparu à l’heure et à la fréquence attendues, et a présenté le bon décalage de fréquence tel que prévu en fonction de son trajet depuis l’orbite.
L’énergie solaire spatiale offre un moyen d’exploiter la source d’énergie solaire pratiquement illimitée de l’espace, où l’énergie est constamment disponible sans être soumise aux cycles du jour et de la nuit, aux saisons et à la couverture nuageuse, potentiellement produisant huit fois plus de puissance que les panneaux solaires à n’importe quel endroit sur la surface de la Terre.
Lorsqu’il sera pleinement opérationnel, le SSPP déploiera une constellation de modules spatiaux qui collecteront la lumière du soleil, la transformeront en électricité, puis la convertiront en micro-ondes qui seront transmises sans fil sur de longues distances vers l’endroit où elles sont nécessaires, y compris les endroits qui n’ont actuellement pas accès à une alimentation fiable.
« Les réseaux de transmission d’énergie flexible sont essentiels à la conception actuelle de la vision du Caltech pour une constellation de panneaux solaires ressemblant à des voiles qui se déploient une fois qu’ils atteignent l’orbite« , déclare Sergio Pellegrino, professeur Joyce et Kent Kresa d’ingénierie aérospatiale et de génie civil et co-directeur du SSPP.
De la même manière que l’internet a démocratisé l’accès à l’information, nous espérons que la transmission d’énergie sans fil démocratisera l’accès à l’énergie », déclare Hajimiri. « Aucune infrastructure de transmission d’énergie ne sera nécessaire au sol pour recevoir cette énergie. Cela signifie que nous pouvons envoyer de l’énergie vers des régions éloignées et des zones dévastées par la guerre ou les catastrophes naturelles. »
« La transition vers les énergies renouvelables, essentielle pour l’avenir du monde, est aujourd’hui limitée par les défis de stockage et de transmission de l’énergie. La transmission de l’énergie solaire depuis l’espace est une solution élégante qui s’est rapprochée de la réalisation grâce à la générosité et à la clairvoyance des Bren« , déclare le président du Caltech, Thomas F. Rosenbaum. « Donald Bren a présenté un défi technique formidable qui promet une récompense remarquable pour l’humanité : un monde alimenté par une énergie renouvelable ininterrompue.«
Les unités individuelles du SSPP se replieront en paquets d’environ 1 mètre cube de volume, puis se déploieront en carrés plats d’environ 50 mètres de côté, avec des cellules solaires d’un côté orientées vers le soleil et des émetteurs d’énergie sans fil de l’autre côté orientés vers la Terre.
Une fusée SpaceX Transporter-6 a lancé le SSPD de 50 kilogrammes dans l’espace.
* Le SSPD comporte deux autres expériences en plus de MAPLE : DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), une structure de 1,8 mètre sur 1,8 mètre qui démontre l’architecture, le schéma d’emballage, et les mécanismes de déploiement du vaisseau spatial modulaire ; et ALBA, une collection de 32 types différents de cellules photovoltaïques pour permettre une évaluation des types de cellules les plus efficaces dans l’environnement impitoyable de l’espace. Les tests ALBA des cellules solaires sont en cours, et le SSPP n’a pas encore tenté de déployer DOLCE à l’heure de la rédaction de cet article. Les résultats de ces expériences sont attendus dans les mois à venir.
