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Oct 13, 2023

Les chercheurs transmettent l'espace

L'énergie solaire spatiale offre un moyen d'exploiter l'offre pratiquement illimitée de

L'énergie solaire spatiale offre un moyen d'exploiter l'offre pratiquement illimitée d'énergie solaire dans l'espace. L'énergie solaire de l'espace est disponible en permanence, non soumise aux cycles du jour et de la nuit, des saisons et de la couverture nuageuse, qui peut produire jusqu'à huit fois plus d'énergie que les panneaux solaires n'importe où sur la surface de la Terre.

Cependant, stocker l'énergie solaire spatiale, la transmettre à la Terre et l'utiliser reste un défi.

Pour surmonter ce problème, des chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) ont développé un réseau de micro-ondes pour l'expérience MAPLE (Power-Transfer Low-Orbit Experiment) visant à générer et à transmettre l'énergie solaire de l'espace à la surface de la Terre.

Le prototype d'énergie solaire spatiale lancé en orbite en janvier est désormais opérationnel. Il a démontré sa capacité à transmettre sans fil de l'énergie dans l'espace et à émettre une puissance détectable vers la Terre pour la première fois.

Testé par le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), il s'agit du premier prototype spatial du Space Solar Power Project (SSPP) de Caltech qui vise à récolter l'énergie solaire dans l'espace et à la transmettre à la surface de la Terre.

MAPLE se compose d'émetteurs de puissance micro-ondes flexibles et légers alimentés par des puces électroniques personnalisées construites à l'aide d'une technologie de silicium à faible coût. Il utilise un réseau d'émetteurs pour transmettre l'énergie aux endroits souhaités.

Pour que le SSPP soit réalisable, les réseaux de transmission d'énergie doivent être légers pour minimiser la quantité de carburant nécessaire pour les envoyer dans l'espace, suffisamment flexibles pour être pliés dans un emballage pouvant être transporté dans une fusée et une technologie globale à faible coût.

En utilisant des interférences constructives et destructives entre les émetteurs, une banque d'émetteurs de puissance peut déplacer le foyer et la direction de l'énergie qu'elle émet sans aucune pièce mobile. Un réseau d'émetteurs utilise un élément de commande synchronisé avec précision pour concentrer dynamiquement la puissance à un emplacement souhaité à l'aide d'une combinaison cohérente d'ondes électromagnétiques. De ce fait, la majeure partie de l'énergie est transmise à l'endroit souhaité.

Pour recevoir l'énergie, MAPLE dispose de deux réseaux de récepteurs séparés situés à environ un pied de l'émetteur. Il convertit ensuite l'énergie en courant continu (CC) et l'utilise pour allumer une paire de LED afin de montrer la séquence complète de transmission d'énergie sans fil à distance dans l'espace. MAPLE a testé cela en allumant chaque LED individuellement dans l'espace et en faisant des allers-retours entre elles. L'expérience n'est pas scellée, elle est donc soumise à l'environnement hostile de l'espace, y compris les fortes variations de température et le rayonnement solaire auxquels les unités SSPP à grande échelle seront confrontées un jour.

MAPLE comprend également une petite fenêtre à travers laquelle le réseau peut transmettre l'énergie. Cette énergie transmise a ensuite été détectée par un récepteur sur le toit du Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering sur le campus de Caltech à Pasadena.

Selon les chercheurs, le signal reçu est apparu à l'heure et à la fréquence attendues et avait le bon décalage de fréquence comme prévu en fonction de son déplacement depuis l'orbite.

Grâce aux expériences que les chercheurs ont menées jusqu'à présent, ils ont reçu la confirmation que MAPLE peut transmettre avec succès de l'énergie à des récepteurs dans l'espace. Les chercheurs ont également pu programmer le réseau pour diriger son énergie vers la Terre, qu'ils ont détectée à Caltech.

"A notre connaissance, personne n'a jamais démontré de transfert d'énergie sans fil dans l'espace, même avec des structures rigides coûteuses. Nous le faisons avec des structures flexibles et légères et avec nos propres circuits intégrés. C'est une première", déclare Ali Hajimiri. , Professeur Bren de génie électrique et de génie médical et codirecteur du SSPP.

"De la même manière qu'Internet a démocratisé l'accès à l'information, nous espérons que le transfert d'énergie sans fil démocratise l'accès à l'énergie", déclare Hajimiri. "Aucune infrastructure de transmission d'énergie ne sera nécessaire sur le terrain pour recevoir cette électricité. Cela signifie que nous pouvons envoyer de l'énergie dans des régions éloignées et des zones dévastées par la guerre ou une catastrophe naturelle."

Les chercheurs ont testé MAPLE sur Terre et connaissent la démonstration que les émetteurs de puissance pourraient également survivre au lancement et au vol spatial et continuer à fonctionner. De plus, l'expérience a fourni des informations utiles aux ingénieurs du SSPP. Les antennes de transmission de puissance sont assemblées en groupes de 16, chaque groupe étant piloté par une puce de circuit intégré flexible entièrement personnalisée.

L'équipe de recherche évalue actuellement la performance des composants individuels du système en évaluant les schémas d'intervention en petits groupes et en mesurant les différences entre différentes combinaisons.

Le processus pourrait prendre six mois et permettra à l'équipe de trier les irrégularités et de les retracer jusqu'aux unités individuelles, fournissant ainsi des informations pour la prochaine génération du système.

Après une étude approfondie de ce système, le SSPP déploiera une constellation d'engins spatiaux modulaires. Ces engins spatiaux recueilleront la lumière du soleil, la transformeront en électricité, puis la convertiront en micro-ondes qui seront transmises sans fil sur de longues distances partout où cela est nécessaire, y compris des endroits qui n'ont actuellement pas accès à une alimentation fiable.

"De la même manière qu'Internet a démocratisé l'accès à l'information, nous espérons que le transfert d'énergie sans fil démocratise l'accès à l'énergie", déclare Hajimiri. "Aucune infrastructure de transmission d'énergie ne sera nécessaire sur le terrain pour recevoir cette électricité. Cela signifie que nous pouvons envoyer de l'énergie dans des régions éloignées et des zones dévastées par la guerre ou une catastrophe naturelle."