L’heure de l’énergie solaire spatiale pourrait enfin arriver
Le soleil ne se couche jamais dans l’espace.
L’idée de récolter l’énergie solaire via des satellites à faisceaux de puissance a donc longtemps intrigué les chercheurs à la recherche de moyens d’alimenter un pays vorace en énergie. Terre.
Cette réflexion est fomentée depuis des décennies, mais suscite maintenant de nouveaux regards partout dans le monde : des technologues aux États-Unis et en Chine, des experts au Japon et des chercheurs de l’Agence spatiale européenne et de l’Agence spatiale britannique travaillent tous à fabriquer de l’énergie solaire dans l’espace. une réalité.
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Machine d’histoire
L’idée de la transmission d’énergie sans fil remonte à Nikola Tesla vers la fin du 19e siècle.
Avance rapide jusqu’en 1968, la notion de satellite à énergie solaire a été détaillée et brevetée par le pionnier américain de l’espace Peter Glaser. Il a élaboré un nouveau moyen de collecter l’énergie de la lumière du soleil à l’aide de cellules solaires et de transmettre un muscle énergétique de micro-ondes aux antennes de réception (« rectennes ») sur Terre. Ces micro-ondes pourraient ensuite être converties en énergie électrique et fournies au réseau électrique.
Puis, au milieu des années 1970, des expériences de transmission de puissance micro-ondes de l’ordre de dizaines de kilowatts ont été menées avec succès au Goldstone Deep Space Communications Complex en Californie, une installation de la NASA Laboratoire de propulsion à réaction.
Et ce « power trip » ne s’arrête pas là.
Des avancées impressionnantes
Au cours de la dernière décennie, les chercheurs ont réalisé des progrès impressionnants qui augmentent la probabilité que l’énergie solaire spatiale (SSP) soit réalisée au cours de la prochaine décennie, a déclaré John Mankins, président d’Artemis Innovation Management Solutions de Santa Maria, en Californie. Son point de vue : la vision de longue date de la SSP en tant qu’alternative énergétique durable devrait être réexaminée à la lumière de ces avancées récentes.
Renforcer cette perspective est un ensemble de perspectives clés, a déclaré Mankins à Space.com. « Le changement climatique va vraiment être une catastrophe. Les nations se sont engagées à aller carbone net-zéro … et ils n’ont aucune idée de comment le faire. »
Le développement rapide de la valeur du « New Space » remodèle également le paysage des activités spatiales du 21e siècle, a-t-il ajouté. « Deux des plus gros obstacles à la réalisation du SSP ont toujours été le coût de lancement et le coût du matériel », a déclaré Mankins. « Ajoutez le taux de vol, et tout d’un coup, vous regardez les chiffres dont on parle toujours pour les satellites solaires. »
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Mégaconstellations
Un autre changement récent est l’aube des mégaconstellations, a ajouté Mankins.
C’est illustré par SpaceX Lien étoile réseau à large bande, un effort de production de masse qui produit désormais 30 tonnes de satellites par mois. SpaceX est en passe de fabriquer potentiellement 40 000 satellites d’ici cinq ans et de tous les lancer.
« La voie vers du matériel à faible coût a été montrée », a déclaré Mankins. « C’est modulaire et produit en série. Les obstacles d’un lancement moins coûteux et de la baisse des coûts du matériel ont été surmontés. »
Mankins a déclaré que l’économie des concepts SSP à court terme, au cours de la prochaine décennie, n’a jamais été aussi viable. Il a signalé des progrès dans les capacités de lancement spatial; les progrès de la robotique pour les systèmes d’assemblage, de maintenance et d’entretien spatiaux ; et la croissance de diverses technologies de composants, telles que les amplificateurs de puissance à semi-conducteurs à haut rendement.
En conséquence, SSP est prêt à voir le jour, a déclaré Mankins.
Astroélectricité
James Michael Snead, président du Spacefaring Institute, est l’un des premiers à se concentrer sur la compréhension de la politique énergétique nécessaire et l’établissement du SSP. Il a adopté le terme « astroélectricité » pour décrire la puissance électrique transmise produite par les systèmes SSP.
En regardant ce qu’il appelle le « âge à venir de l’astroélectricité« , il voit un monde qui a besoin de remplacer le pétrole et le gaz naturel, les deux principales sources d’énergie qui maintiennent actuellement un niveau de vie industriel.
Snead envisage un monde en l’an 2100 où environ 20% de l’énergie électrique proviendra du nucléaire terrestre et des énergies renouvelables, avec 80% de l’astroélectricité.
« Tout comme le contrôle militaire, économique et diplomatique du pétrole du Moyen-Orient a considérablement influencé les événements mondiaux au cours des 80 dernières années, le contrôle des plates-formes solaires spatiales en viendra à dominer les activités spatiales au cours de ce siècle », a déclaré Snead à Space.com.
Recherché : leadership prioritaire
Si le SSP devient une réalité à la fin de ce siècle, a déclaré Snead, l’armée américaine devra protéger et défendre ces nouvelles sources de sécurité énergétique nationale tout comme elle protège les infrastructures pétrolières dans le golfe Persique aujourd’hui.
« Alors que certaines personnes développent des concepts SSP qui seraient lancés depuis la Terre et assemblés de manière autonome en orbite terrestre géostationnaire, je ne vois pas cela comme une proposition réussie », a déclaré Snead. Il pense que la construction des milliers de plates-formes SSP nécessaires nécessite un investissement substantiel effort d’industrialisation spatiale impliquant plus d’un million de personnes dans l’espace d’ici la fin du siècle.
Le point de départ, a déclaré Snead, sera la mise en place de l’infrastructure « astrologistique » habilitante fonctionnant dans tout le système Terre-Lune. Il a souligné que ces astrologistiques nécessitent une haute priorité de l’US Air Force – et non Force spatiale — un leadership qui s’appuie sur près d’un siècle d’expérience et d’expertise en vol humain/logistique opérationnelle.
Cela est nécessaire pour gérer les efforts de l’industrie pour concevoir et construire les nouveaux systèmes de vols spatiaux habités requis, en mettant clairement l’accent sur la sécurité et l’efficacité, a déclaré Snead.
Alors que ces nouvelles capacités d’astrologistique militaire commencent, soutient Snead, la commercialisation de ces capacités étendra ces avantages de sécurité et opérationnels pour soutenir la prochaine révolution industrielle spatiale nécessaire pour entreprendre la SSP.
« C’est exactement ce qui s’est passé pour permettre aux compagnies aériennes américaines de dominer l’industrie du transport aérien et du fret aérien pendant des décennies. C’est un modèle réussi à reproduire maintenant dans l’espace – un modèle que ni la NASA ni l’US Space Force ne peuvent exécuter efficacement », a déclaré Snead. .
« Performer comme un champion »
Alors que de nouvelles œuvres d’art, des intrigues économiques et des réflexions et visions conceptuelles SPS circulent, une expérience technologique dans l’espace est déjà en cours.
Lors de sa dernière mission, lancée en mai 2020, le robot de la Force spatiale avion spatial X-37B dirige l’expérience de vol du module d’antenne radioélectrique photovoltaïque (PRAM-FX), une étude du Naval Research Laboratory (NRL) visant à transformer l’énergie solaire en énergie micro-ondes radiofréquence.
L’objectif de cette enquête X-37B n’est pas d’établir un lien de faisceau de puissance réel, mais plutôt d’évaluer les performances de la conversion de la lumière du soleil en micro-ondes.
« Il fonctionne comme un champion », a déclaré Paul Jaffe, un ingénieur en électronique du NRL travaillant sur les satellites à faisceaux de puissance et à énergie solaire. « Nous obtenons régulièrement des données, et ces données dépassent nos attentes », a-t-il déclaré à Space.com.
PRAM-FX est principalement composé de pièces commerciales, et non de matériel « de qualité spatiale ». « Le fait qu’il continue de fonctionner et nous donne des résultats positifs est assez encourageant », a déclaré Jaffe. Les pièces commerciales sont produites en série, tandis que de nombreuses pièces de qualité spatiale sont des pièces uniques.
Les satellites à énergie solaire, comme ceux envisagés en orbite terrestre haute, auraient des milliers d’éléments fabriqués à partir de composants similaires testés à bord du X-37B, a déclaré Jaffe.
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Faire fonctionner l’économie
Il y a beaucoup plus de travail à venir, bien sûr.
« La grande grève contre l’énergie solaire spatiale a toujours fait fonctionner l’économie. Les gens qui ont examiné l’idée sérieusement comprennent que, d’un point de vue physique, il n’y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas le faire », a déclaré Jaffe.
« Avec la production de masse de matériel spatial et la réduction des coûts d’accès à l’espace, il est plus plausible que cela puisse fonctionner », a-t-il ajouté. « Je mettrais en garde contre un optimisme excessif … mais je soulignerais également que les choses sont en train de changer. Il y a beaucoup de développements encourageants. »
Le SPS sera assurément comparé à une métrique de « coût actualisé de l’énergie », a conclu Jaffe. « Il n’y a tout simplement pas assez de données pour établir une base de coût énergétique actualisé pour l’énergie solaire spatiale. C’est prématuré. Ce que vous voyez maintenant jette les bases de ce type d’évaluation. »
Chemin clair et abordable
À cette fin, Mankins d’Artemis Innovation Management Solutions a déployé SPS-ALPHA (« Solar Power Satellite by through Arbitrarily Large Phased Array »), une conception qu’il a présentée au 72e Congrès international d’astronautique, qui s’est tenu du 25 octobre au 29 octobre à Dubaï, aux Émirats arabes unis. Détaillant un modèle commercial et une feuille de route SSP étape par étape, il estime que le concept promet une voie claire et abordable pour déployer une nouvelle option énergétique indispensable.
« Je pense que vous pourriez avoir des satellites d’énergie solaire opérationnels à l’échelle d’ici une décennie », a déclaré Mankins.
Cette possibilité, combinée au fait que plusieurs nations envisagent le SSP comme un système de production d’électricité prometteur pour l’avenir, soulève une question : y a-t-il une course aux satellites solaires en cours ?
C’est proche de cela, a déclaré Mankins. « Je pense que cela doit être une coopération entre amis et alliés. Mais je pense que cela finira très probablement par être une concurrence avec la Chine. Plus nous attendrons en ce qui concerne l’urgence des politiques sur changement climatique, plus il est probable que nous allons rater le coche. »
Mankins est un vétéran de 26 ans dans l’évaluation du SSP et des technologies requises. « Le moment est venu », a-t-il déclaré. « Je pense que la bonne réponse est vraiment claire : nous devons simplement y aller. »
Leonard David est l’auteur du livre « Moon Rush : La nouvelle course à l’espace« , publié par National Geographic en mai 2019. Rédacteur de longue date pour Space.com, David travaille sur l’industrie spatiale depuis plus de cinq décennies. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom ou Facebook.