Capter l’énergie solaire directement depuis l’espace pourrait être sur le point de devenir une réalité

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Ces dernières années, les scientifiques du monde entier ont réalisé de nombreux progrès qui augmentent la probabilité que l’énergie solaire spatiale (SSP) soit réalisée au cours de la prochaine décennie. Capter l’énergie du Soleil directement depuis l’espace pourrait enfin cesser d’être de la science-fiction.

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Le projet SSPIDR (Space Solar Power Incremental and Demonstrations Research) vise à transporter l’énergie de l’espace vers la Terre. Image : Laboratoire de recherche de l’armée de l’air (AFRL)

Selon Leonard David, journaliste spatial depuis plus de cinq décennies, cette alternative énergétique gagne désormais de nouveaux regards à travers le monde. « Des technologues aux États-Unis et en Chine, des experts au Japon et des chercheurs de l’Agence spatiale européenne (ESA) et de l’Agence spatiale britannique (UKSA) travaillent tous pour faire de la production d’énergie solaire depuis l’espace une réalité », a écrit David dans un article sur le site de l’Espace.

L’idée d’un satellite spatial à énergie solaire a émergé à la fin des années 1960

La notion de satellite à énergie solaire a été détaillée et brevetée par le pionnier américain de l’espace Peter Glaser. Il a conçu un moyen de collecter l’énergie de la lumière du soleil et de rayonner cette force énergétique dans les micro-ondes pour être captée par des antennes de réception sur Terre. Ces micro-ondes pourraient ensuite être converties en énergie électrique et fournies aux réseaux d’alimentation.

Puis, au milieu des années 1970, des expériences de transmission de puissance micro-ondes de plusieurs dizaines de kilowatts ont été menées avec succès au Goldstone Deep Space Communications Complex en Californie, une installation du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA.

Faire sortir le projet du papier dépend de… de l’argent

Bien qu’il s’agisse d’une idée ancienne, prometteuse et avec plusieurs chercheurs engagés dans sa mise en œuvre, le projet fait face à un problème classique. L’argent, bien sûr. Selon John Mankins, président d’Artemis Innovation Solutions Management de la NASA, « Deux des plus gros obstacles à la réalisation du SSP ont toujours été le coût de lancement et le coût du matériel ».

« Ajoutez le taux de vol et tout d’un coup, vous allez voir les chiffres toujours parlants sur les satellites à énergie solaire », a déclaré Mankins.

Il souligne cependant à quel point les activités spatiales évoluent pour tenter de rendre la production et la maintenance des satellites moins chères, mettant en évidence la mégaconstellation Starlink de SpaceX. L’entreprise produit 30 tonnes de satellites par mois et s’apprête à en fabriquer et à en lancer 40 000 d’ici cinq ans.

Satellite SpaceX Starlink
Legaconstellation de Starlink est un exemple de matériel à faible coût avec une production de masse. Image : Aleksandr Morrisovic/

« La voie vers du matériel à faible coût a été montrée », a déclaré Mankins. « Il est modulaire et produit en série. Les obstacles à un lancement moins cher et à des coûts de matériel inférieurs ont été surmontés. »

Ainsi, pour Mankins, l’économie à court terme des concepts SSP – au cours de la prochaine décennie – n’a jamais été aussi viable. Il prédit des progrès dans les capacités de lancement spatial ; les progrès de la robotique pour les systèmes d’assemblage, de maintenance et de services spatiaux ; et la croissance de diverses technologies de composants, telles que les amplificateurs de puissance à semi-conducteurs à haut rendement.

L’avenir énergétique est dans l’astroélectricité

L’un des premiers à se concentrer sur la compréhension de la politique énergétique nécessaire et l’établissement du SSP est James Michael Snead, président du Spacefaring Institute. Il a adopté le terme « astroélectricité » pour décrire l’énergie électrique transmise produite par les systèmes SSP.

Alors qu’il se penche sur ce qu’il appelle «l’ère à venir de l’astroélectricité», Snead voit un monde qui a besoin d’un remplacement pour le pétrole et le gaz naturel, les deux principales sources d’énergie qui maintiennent actuellement un niveau de vie industriel.

Pour lui, en l’an 2100, le monde disposera d’environ 20% de l’énergie électrique provenant de l’énergie nucléaire terrestre et renouvelable, avec 80% fournie par l’astroélectricité.

« Tout comme le contrôle militaire, économique et diplomatique du pétrole au Moyen-Orient a considérablement influencé les événements mondiaux au cours des 80 dernières années, le contrôle des plates-formes spatiales d’énergie solaire dominera les activités spatiales de ce siècle », estime Snead.

Sécurité des satellites SSP et des personnes travaillant dans l’espace

Un autre point soulevé par Snead pour la nouvelle réalité énergétique des prochaines décennies est la question de la sécurité des satellites. « Si le SSP devient une réalité à la fin de ce siècle, l’armée américaine sera obligée de protéger et de défendre ces nouvelles sources de sécurité énergétique nationale, tout comme elle protège l’infrastructure pétrolière dans le golfe Persique aujourd’hui. »

Snead va encore plus loin dans ses projections. Il estime que la production et l’exploitation de satellites ne doivent pas se limiter à l’ingénierie au sol. « Alors que certaines personnes développent des concepts SSP qui seraient lancés depuis la Terre et montés de manière autonome sur l’orbite géostationnaire de la Terre, je ne vois pas cela comme une proposition réussie », a déclaré Snead. « Construire les milliers de plates-formes SSP nécessaires nécessite un effort d’industrialisation spatiale substantiel, impliquant plus d’un million de personnes dans l’espace d’ici la fin du siècle. »

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Le président du Spacefaring Institute estime que pour que le SSP réussisse, des milliers de personnes devront travailler directement dans l’espace. Image : Blue Planet Studio –

Il a souligné que les astrologues pour cela nécessitent une haute priorité de la part de la direction de l’US Air Force – et non de la Space Force – pour s’appuyer sur près d’un siècle d’expérience et d’expertise dans le vol humain/la logistique opérationnelle.

« Cela est nécessaire pour gérer les efforts de l’industrie pour concevoir et construire les nouveaux systèmes de vols spatiaux habités nécessaires, avec un accent évident sur la sécurité et l’efficacité », a déclaré Snead.

Selon lui, alors que ces nouvelles capacités astrologiques militaires commencent, la commercialisation de ces capacités étendra ces avantages opérationnels et de sécurité pour soutenir la prochaine révolution industrielle spatiale nécessaire pour entreprendre le SSP.

Expérience d’énergie solaire spatiale en cours

Au fur et à mesure que les intrigues économiques, les philosophies conceptuelles du SSP et les visions circulent, une expérience de technologie dans l’espace est déjà en cours.

Dans sa dernière mission, lancée en mai 2020, l’avion spatial robotisé Space Force X-37B achève l’expérience de vol du module d’antenne photovoltaïque à radiofréquence (PRAM-FX), une enquête du Naval Research Laboratory (NRL) sur la transformation de l’énergie solaire. énergie en énergie micro-ondes radiofréquence.

L’objectif de l’enquête du X-37B n’est pas d’établir une véritable liaison de faisceau d’énergie, mais plutôt d’évaluer les performances de conversion de la lumière solaire en micro-ondes.

« Cela fonctionne comme un champion », a déclaré Paul Jaffe, ingénieur en électronique au NRL qui travaille avec des satellites de transmission d’énergie et d’énergie solaire. « Nous obtenons des données régulièrement et ces données dépassent nos attentes. »

Selon Jaffe, le PRAM-FX est principalement fabriqué à partir de pièces commerciales, et non de matériel d’utilisation de l’espace. « Le fait qu’il continue de fonctionner et nous donne des résultats positifs est très encourageant », a-t-il déclaré. Les pièces commerciales sont produites en série, tandis que de nombreuses pièces à usage spatial sont uniques.

Il explique que les satellites à énergie solaire, tels que ceux prévus pour une orbite terrestre élevée, auraient des milliers d’éléments constitués de composants similaires testés à bord du X-37B.

Il est encore trop tôt, selon Jaffe, pour prédire les coûts énergétiques. « SPS sera certainement comparé à une mesure de coût énergétique uniforme. » Il n’y a tout simplement pas assez de données pour établir un coût de base énergétique uniforme pour l’énergie solaire spatiale. C’est prématuré. Ce que vous voyez maintenant jette les bases de ce type d’évaluation.

Course satellite SSP ?

Le mois dernier, Mankins a présenté son projet de satellite d’énergie solaire via Arbitrarily Large Phase Array (SPS-ALPHA) au 72e Congrès international d’astronautique, 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 grande échelle d’ici une décennie », a déclaré Mankins.

Cette possibilité, combinée au fait que de nombreux pays considèrent le SSP comme un système de production d’électricité prometteur pour l’avenir, soulève la question : y a-t-il une course aux satellites solaires en cours ?

« C’est proche », estime Mankins. «Je pense que cela doit être une coopération entre amis et alliés. Mais je pense qu’il est très probable que cela finira par être une compétition avec la Chine.

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