La mission Transporter-6 a été lancée avec succès à 6h55 PT le 3 janvier dernier.  Le California Institute of Technolgy (Caltech) Space Solar Power Project (SSPP) a mis en orbite un prototype , baptisé Space Solar Power Demonstrator (SSPD), qui testera plusieurs composants clés d’un plan ambitieux de récolte d’énergie solaire dans l’espace et l’implantation d’un faisceau d’énergie vers la Terre.
L’énergie solaire spatiale offre un moyen d’exploiter l’offre pratiquement illimitée d’énergie solaire dans l’espace, où l’énergie est constamment disponible sans être soumise aux cycles du jour et de la nuit, des saisons et de la couverture nuageuse. Le lancement Space Solar Power Demonstrator (SSPD) représente une étape majeure dans le projet et promet de faire de ce qui était autrefois de la science-fiction une réalité. Une fois pleinement réalisé, le Space Solar Power Project (SSPP) déploiera une constellation de vaisseaux spatiaux modulaires qui collectent la lumière du soleil, la transforment en électricité, puis transmettent cette électricité sans fil sur de longues distances partout où elle est nécessaire, y compris dans des endroits qui n’ont actuellement pas accès à une alimentation fiable.
Un vaisseau spatial Momentus Vigoride transporté à bord d’une fusée SpaceX lors de la mission Transporter-6 a lancé le SSPD de 50 kilogrammes dans l’espace. Il se compose de trois expériences principales, chacune chargée de tester une technologie clé différente du projet :
- DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment) : Une structure mesurant 6 pieds sur 6 pieds qui démontre l’architecture, le schéma d’emballage et les mécanismes de déploiement du vaisseau spatial modulaire qui constituerait éventuellement une constellation kilométrique formant une centrale électrique ;
- ALBA : Une collection de 32 types différents de cellules photovoltaïques (PV), pour permettre une évaluation des types de cellules les plus efficaces dans l’environnement éprouvant de l’espace ;
- MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) : un réseau d’émetteurs de puissance micro-ondes légers et flexibles avec un contrôle précis de la synchronisation concentrant la puissance de manière sélective sur deux récepteurs différents pour démontrer la transmission de puissance sans fil à distance dans l’espace.
Un quatrième composant supplémentaire du SSPD est un boîtier électronique qui s’interface avec l’ordinateur Vigoride et contrôle les trois expériences.
Un peu d’histoire…
Le SSPP a vu le jour en 2011 après que le philanthrope Donald Bren , président d’Irvine Company et membre à vie du conseil d’administration de Caltech, ait découvert le potentiel de la fabrication d’énergie solaire dans l’espace dans un article du magazine Popular Science. Intrigué par le potentiel de l’énergie solaire spatiale, Bren a approché le président de Caltech, Jean-Lou Chameau, pour discuter de la création d’un projet de recherche sur l’énergie solaire dans l’espace. En 2013, Donald Bren et sa femme, Bren, une administratrice de Caltech, ont accepté de faire le don pour financer le projet. Le premier des dons à Caltech (qui dépassera éventuellement les 100 millions de dollars en soutien au projet et aux chaires dotées) a été effectué cette année-là par l’intermédiaire de la Fondation Donald Bren, et la recherche a commencé. “Pendant de nombreuses années, j’ai rêvé de la façon dont l’énergie solaire spatiale pourrait résoudre certains des défis les plus urgents de l’humanité”, a déclaré Donald Bren. ”Aujourd’hui, je suis ravi de soutenir les brillants scientifiques de Caltech dans leur course pour faire de ce rêve une réalité.” La fusée a mis environ 10 minutes pour atteindre l’altitude souhaitée. Le vaisseau spatial Momentus a ensuite été déployé de la fusée en orbite. L’équipe de Caltech sur Terre prévoit de commencer à mener ses expériences sur le SSPD dans les quelques semaines suivant le lancement.
Dévoilement DOLCE
Certains éléments du test seront effectués rapidement. ”Nous prévoyons de commander le déploiement de DOLCE dans les jours suivant l’accès au SSPD de Momentus. Nous devrions savoir tout de suite si DOLCE fonctionne”, déclare Sergio Pellegrino, professeur d’aérospatiale Joyce et Kent Kresa de Caltech et professeur de génie civil et co-directeur du SSPP. Pellegrino est également chercheur principal au JPL, que Caltech gère pour la NASA.
D’autres éléments demanderont plus de temps. Les tests de photovoltaïque nécessiteront jusqu’à six mois pour donner de nouvelles informations sur les types de technologie photovoltaïque qui conviendront le mieux à cette application. MAPLE implique une série d’expériences, allant d’une vérification de fonction initiale à une évaluation des performances du système dans différents environnements au fil du temps. Pendant ce temps, deux caméras sur des perches déployables montées sur DOLCE et des caméras supplémentaires sur le boîtier électronique surveilleront la progression de l’expérience et retransmettront un flux vers la Terre. L’équipe du SSPP espère disposer d’une évaluation complète des performances du SSPD dans les quelques mois suivant le lancement. De nombreux défis demeurent : rien n’est garanti dans la conduite d’une expérience dans l’espace, du lancement au déploiement de l’engin spatial jusqu’au fonctionnement du SSPD. Mais quoi qu’il arrive, la simple capacité de créer un prototype digne de l’espace représente une réalisation importante de l’équipe SSPP. “Peu importe ce qui se passe, ce prototype est un grand pas en avant”, déclare Ali Hajimiri, professeur Bren de génie électrique et de génie médical à Caltech et codirecteur du SSPP. ”Cela fonctionne ici sur Terre et a passé les étapes rigoureuses requises pour tout ce qui est lancé dans l’espace. Il existe encore de nombreux risques, mais le fait d’avoir traversé tout le processus nous a appris de précieuses leçons. Nous pensons que les expériences spatiales nous fourniront beaucoup de des informations supplémentaires utiles qui guideront le projet alors que nous continuons à avancer. »
En quête de légèreté
Bien que les cellules solaires existent sur Terre depuis la fin des années 1800 et génèrent actuellement environ 4 % de l’électricité mondiale (en plus d’alimenter la Station spatiale internationale), tout ce qui concerne la production et la transmission d’énergie solaire devait être repensé pour une utilisation à grande échelle dans l’espace. Les panneaux solaires sont encombrants et lourds, ce qui les rend coûteux à lancer, et ils nécessitent un câblage étendu pour transmettre l’énergie. Pour surmonter ces défis, l’équipe du SSPP a dû imaginer et créer de nouvelles technologies, architectures, matériaux et structures pour un système capable de réaliser concrètement l’énergie solaire spatiale, tout en étant suffisamment léger pour être rentable pour un déploiement en masse dans l’espace, et suffisamment solide pour résister à l’environnement spatial éprouvant. “DOLCE présente une nouvelle architecture pour les engins spatiaux à énergie solaire et les réseaux d’antennes phasées. Il exploite la dernière génération de matériaux composites ultrafins pour atteindre une efficacité et une flexibilité d’emballage sans précédent. Avec les nouvelles avancées sur lesquelles nous avons déjà commencé à travailler, nous prévoyons des applications pour une variété de futures missions spatiales », déclare Sergio Pellegrino. “L’ensemble du réseau flexible MAPLE, ainsi que ses puces électroniques de transfert de puissance sans fil et ses éléments de transmission, ont été conçus à partir de zéro. Cela n’a pas été fait à partir d’articles que vous pouvez acheter car ils n’existaient même pas. Cette refonte fondamentale du système à partir de zéro est essentiel pour réaliser des solutions évolutives pour SSPP », déclare Ali Hajimiri. L’ensemble des trois prototypes du SSPD a été imaginé, conçu, construit et testé par une équipe d’environ 35 personnes. ”Cela a été accompli avec une équipe plus petite et beaucoup moins de ressources que ce qui serait disponible dans un environnement industriel plutôt qu’universitaire. L’équipe hautement talentueuse de notre équipe a permis d’y parvenir”, poursuit Ali Hajimiri.
Une évaluation des cellules photovoltaïques
Cependant, ces personnes – un ensemble d’étudiants diplômés, de post-doctorants et de chercheurs – représentent désormais l’élite dans ce domaine en plein essor de l’énergie solaire spatiale. ”Nous créons la prochaine génération d’ingénieurs spatiaux”, déclare Harry A. Atwater, chercheur au SSPP, titulaire de la chaire de direction Otis Booth de la Division de l’ingénierie et des sciences appliquées de Caltech et professeur Howard Hughes de physique appliquée et de science des matériaux, et directeur du Liquid Sunlight Alliance, un institut de recherche dédié à l’utilisation de la lumière du soleil pour fabriquer des produits liquides pouvant être utilisés pour les produits chimiques industriels, les carburants et les matériaux ou produits de construction. Le succès ou l’échec des trois bancs d’essai sera mesuré de diverses façons. Le test le plus important pour DOLCE est que la structure se déploie complètement de sa configuration repliée à sa configuration ouverte. Pour l’ALBA, un test réussi fournira une évaluation des cellules photovoltaïques qui fonctionnent avec une efficacité et une résilience maximales. L’objectif de MAPLE est de démontrer la transmission sélective de puissance en espace libre vers différentes cibles spécifiques sur demande. “Plusieurs fois, nous avons demandé à des collègues du JPL et de l’industrie spatiale du sud de la Californie des conseils sur les procédures de conception et de test utilisées pour développer des missions réussies. Nous avons essayé de réduire le risque d’échec, même si le développement de technologies entièrement nouvelles est intrinsèquement un processus risqué », déclare Sergio Pellegrino. SSPP vise à produire à terme un approvisionnement mondial en énergie abordable, renouvelable et propre.
