Fin 2022, une équipe de scientifiques et d’ingénieurs du California Institute of Technology (Caltech) a présenté le fruit de deux années d’études et de travail, à savoir « un projet extraordinaire et sans précédent » pour recueillir la lumière du soleil là où elle brille le plus : dans l’espace.
À la tête de l’équipe qui a conçu, dessiné et construit le Projet d’énergie solaire dans l’espace (SSPP) Les membres de la délégation sont Harry Atwater, chercheur du SSPP et président de la direction d’Otis Booth de la division d’ingénierie et de sciences appliquées de Caltech, Ali Hajimiri, professeur Bren d’ingénierie électrique et codirecteur du SSPP, et Sergio Pellegrino, professeur Joyce et Kent Kresa d’ingénierie aérospatiale et civile, codirecteur du SSPP et chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Le projet d’énergie solaire dans l’espace pèse environ 50 kg et se compose de trois unités distinctes, chacune ayant une tâche spécifique (DOLCE, ALBA et MAPLE). Il a été monté sur le vaisseau spatial Momentus Vigoride, qui a été mis en orbite au cours de la mission Transporter-6 à bord d’une fusée SpaceX.
Les trois unités du projet d’énergie solaire dans l’espace
SWEET (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment) : il s’agit d’une structure de 6 pieds sur 6 pieds (~ 183×183 cm) qui montre l’architecture, le schéma d’emballage et les mécanismes de déploiement de l’engin spatial modulaire. Il s’agit de la constellation à l’échelle du kilomètre de la première centrale électrique spatiale ; pour la concevoir et la construire, il a fallu l’équipe Pellegrino.
ALBAIl s’agit d’une collection de 32 types différents de cellules photovoltaïques ultralégères et à haut rendement permettant d’évaluer les types de cellules les plus efficaces dans l’environnement extrêmement prohibitif de l’espace. Atwater est à la tête de l’équipe qui l’a développé.
MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) : le troisième module consiste en un réseau d’émetteurs de puissance à micro-ondes légers et flexibles avec un contrôle précis de la synchronisation. La puissance sans fil est concentrée – sélectivement – sur deux récepteurs différents, afin de démontrer la faisabilité d’une transmission espace-terre. L’équipe de recherche qui l’a conçu et réalisé est dirigée par Hajimiri.
Pour en savoir plus sur le projet, vous pouvez lire les articles précédents dans lesquels nous l’avons décrit en détail :
– Un soleil qui ne se couche jamais : des panneaux solaires spatiaux pour produire de l’électricité en continu
– Caltech a mis en orbite son SSP : les expériences de production d’énergie directement dans l’espace ont officiellement commencé
Premiers tests et résultats encourageants
MAPLE a fonctionné comme prévu et a réussi ses tests de transfert d’énergie sans fil, comme l’explique Hajimiri :
« Grâce aux expériences que nous avons menées jusqu’à présent, nous avons reçu la confirmation que MAPLE peut transmettre avec succès de l’énergie à des récepteurs dans l’espace ; nous avons également pu programmer le réseau pour qu’il dirige son énergie vers la Terre, ce que nous avons détecté ici à Caltech. Bien sûr, nous l’avions testé sur Terre, mais nous savons maintenant qu’il peut survivre à un voyage dans l’espace et fonctionner à partir de là également..
Le test que MAPLE a passé avec succès consistait à recevoir l’énergie solaire d’ALBA sur ses deux panneaux, à la convertir en courant électrique continu (CC) et enfin à la renvoyer sur Terre pour allumer une paire de LED.
Photo de l’intérieur de MAPLE depuis l’espace, avec le réseau de transmission à droite et les récepteurs à gauche. Crédits : SSPP
Le module allume chaque LED individuellement, en faisant des allers-retours entre ellesUne réalisation vraiment extraordinaire, surtout si l’on considère que le SSP est soumis à l’environnement hostile de l’espace, notamment à d’importantes fluctuations de température et au rayonnement solaire.
« À notre connaissance, personne n’a jamais démontré le transfert d’énergie sans fil dans l’espace, même avec des structures rigides coûteuses ; nous le faisons avec des structures souples et légères et nos circuits intégrés. C’est une première.ajoute Hajimiri.
MAPLE comprend également une petite fenêtre à travers laquelle le réseau peut émettre de l’énergie. Cette énergie transmise a été détectée par un récepteur situé sur le toit du Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering sur le campus de Caltech à Pasadena.
Détection d’énergie MAPLE sur le toit du Laboratoire Moore. Crédits : Ali Hajimiri
Le signal reçu est apparu à l’heure et à la fréquence prévues et avec le déplacement correct.
Un grand pas en avant
En plus de prouver que pouvaient survivre au lancement et aux vols spatiaux sans être endommagésexpérience fournie un retour d’information utile aux ingénieurs du SSPP concernant les antennes de transmission de puissance utiliséesactuellement regroupées en groupes de 16 unités, chacune pilotée par un circuit intégré personnalisé.
L’équipe d’Hajimiri évalue actuellement les performances des éléments individuels du système et examine les schémas d’interférence de groupes plus restreints, en mesurant les différences entre les diverses combinaisons.
L’hypothèse est que la réalisation d’une telle étude pourrait prendre jusqu’à six mois, mais permettra à l’équipe de résoudre les irrégularités et de retracer les unités individuellesde fournir des informations pour la prochaine génération de centrales spatiales.
L’avenir de l’énergie au service du développement de la société humaine pourrait donc envisager à la fois la disponibilité de la fusion nucléaire sur notre planète (dont nous avons récemment parlé dans cet article), est la capacité d’envoyer l’énergie dont nous avons besoin n’importe où dans le mondecomme le fait le soleil.
Ces deux voies ouvrent des possibilités infinies, non seulement pour la vie sur Terre mais aussi, un jour, pour la vie extra-planétaire.
