Redémarrage de la technologie pour transmettre de l’énergie solaire spatiale à la Terre

La NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et le gouvernement britannique dépoussièrent une idée vieille de plusieurs décennies de transmettre de l’énergie solaire spatiale à la Terre à partir d’un ensemble de satellites en orbite émettant de l’énergie par laser ou micro-ondes pour aider à atteindre des émissions nettes de carbone nulles d’ici 2050, et d’autres pays, dont la Chine, le Japon et la Corée du Sud, font de même.

Autrefois rejetée comme techniquement impossible et beaucoup trop chère même si la technologie existait, l’énergie solaire spatiale (SBSP) est à nouveau évaluée comme une source potentielle d’énergie propre illimitée alors que les secteurs public et privé des nations spatiales envisagent maintenant sérieusement de développer leurs propres systèmes SBSP.

Le ministère britannique des affaires, de l’énergie et de la stratégie industrielle a commandé une étude à la société britannique Frazer-Nash Consultancy qui a été publiée en septembre 2021. Intitulée Énergie solaire basée dans l’espace – Réduire les risques sur la voie du Net Zero, l’étude a identifié les facteurs suivants comme moteurs d’un regain d’intérêt pour le SBSP.

• Une nouvelle volonté politique existe maintenant alors que les pays recherchent diverses technologies pour décarboner leurs économies et atteindre zéro net d’ici 2050.
• Les coûts des lancements spatiaux commerciaux ont chuté de façon spectaculaire à mesure que des entreprises privées entrent sur le marché.
• De nouvelles conceptions de satellites à énergie solaire à semi-conducteurs hautement modulaires, telles que SPS-Alpha et CASSIOPeiA, ont été conçues pour une fabrication commerciale à grand volume. Cela réduit également les coûts.
• Les technologies requises pour faire du SBSP une réalité ont mûri. Il s’agit notamment des panneaux solaires photovoltaïques (PV) à haute concentration, de la transmission d’énergie sans fil et de la robotique spatiale.
• Les pays considèrent leur capacité à fournir une énergie illimitée et abordable depuis l’espace vers n’importe quel point de la planète comme un moyen de tirer parti de l’influence mondiale, comme en témoigne le fait que non seulement la Grande-Bretagne et l’Europe ont récemment renouvelé leur intérêt, mais aussi les États-Unis, la Chine, le Japon et Corée du Sud.

Fin mai, Nikolai Joseph, analyste des politiques pour le Bureau de la technologie, de la politique et de la stratégie de la NASA, a déclaré à la Conférence internationale sur le développement spatial de la National Space Society des États-Unis que la NASA réévaluait la viabilité du SBSP après avoir abandonné le concept. comme impraticable il y a des décennies.

À l’instar du gouvernement britannique, la NASA a commandé sa propre étude pour revoir les concepts antérieurs de collecte de l’énergie solaire dans l’espace et de son rayonnement sur la Terre pour l’alimenter en électricité dans les réseaux électriques locaux. L’étude comparera les systèmes d’alimentation terrestres et évaluera les coûts et les questions politiques liées à la mise en œuvre du concept, selon les médias de l’industrie SpaceNews.

Des études concluant à des coûts prohibitifs remontent aux années 1970. Joseph a déclaré à la conférence que dans le cadre de son redémarrage, la NASA avait discuté du SBSP avec l’US Space Force et d’autres « agences techniques ». La NASA prévoit de terminer son étude pour la présenter en septembre au Congrès international d’astronautique à Paris.

Financement de la défense américaine de la recherche SBSP

L’étude Frazer-Nash du Royaume-Uni a noté au moment de la publication de l’étude que le Département américain de l’énergie n’avait pas de politique énergétique civile en ce qui concerne le SBSP.

Mais Washington, DC, poursuivait «un programme de recherche sur la défense de 180 millions de dollars dirigé par Northrop Grumman et le US Air Force Research Lab (AFRL) pour développer et démontrer une technologie comprenant des modules PV / RF à panneaux sandwich légers et des miroirs extensibles légers, sous le Projet SSPIDR (Space Solar-Power Incremental Development and Research) », a noté Frazer-Nash.

Le US Naval Research Lab menait également des expériences de collecte et de conversion d’énergie dans l’espace sur l’avion spatial X-37B.

Le Royaume-Uni a évalué deux conceptions de satellites d’énergie solaire de base (SPS) et les a déclarées réalisables d’un point de vue technique pour transmettre le SBSP au Royaume-Uni : le SPS-Alpha conçu par Mankins Space Technology aux États-Unis, et CASSIOPeiA, développé par International Electric Company au Royaume-Uni. Les deux sont des conceptions modulaires à semi-conducteurs qui peuvent être fabriquées en série.

À partir d’une orbite géosynchrone, CASSIOPeiA (réseau à ouverture constante, à semi-conducteurs, intégré, orbital phasé) convertirait le rayonnement solaire en micro-ondes qui sont transmises à une antenne de redressement basée sur la Terre qui alimente un réseau électrique local. SPS-Alpha fonctionne également comme émetteur micro-ondes.

L’Institut chinois de recherche collaborative sur l’innovation de Chongqing pour l’intégration civilo-militaire a mené des expériences de faisceaux de puissance et construit une installation de test SBSP. L’étude britannique a noté que la Chine a créé un nouveau comité pour l’énergie solaire spatiale en mars 2021, un suivi apparent de la feuille de route SBSP annoncée en 2015 par l’Académie chinoise des technologies spatiales.

En collaboration avec plusieurs organisations privées, le Korea Electrotechnology Research Institute est impliqué dans des activités de transmission de puissance, et l’Agence japonaise d’exploitation aérospatiale a mené des expériences de transmission de puissance sans fil dans l’espace, en suivant sa propre feuille de route pour le développement commercial du SBSP.

L’ESA cherche à développer une analyse de rentabilisation pour SBSP

Dans Au premier trimestre 2022, l’ESA a attribué des contrats pour deux études d’analyse coûts-avantages distinctes, chacune basée sur une solution technique différente pour développer une analyse de rentabilisation pour la fourniture de SBSP à l’Europe en utilisant des centrales solaires en orbite et des centrales électriques renouvelables terrestres. Frazer-Nash réalisera une étude ; le cabinet de conseil Roland Berger basé à Munich développera l’autre, les deux étant prévus pour la fin de l’été 2022, selon l’ESA.

En janvier, l’ESA a annoncé qu’elle financerait 13 des 85 propositions reçues après avoir lancé un appel à idées lié au SBSP sur la plate-forme d’innovation Open Space de l’agence. Comme l’explique l’ESA sur son site Internet : En se rapprochant « des rendements théoriques de transmission par ondes électromagnétiques (50 à 60 %)… nous pourrions produire environ 400 W d’électricité par mètre carré sur les récepteurs terrestres, soit environ deux à trois fois la quantité que nous pourrait recevoir de la même zone de panneau PV terrestre », 24/7.

Un article récent de Forbes a noté que les systèmes à faisceaux micro-ondes pourraient transmettre jusqu’à 1 GW d’énergie aux récepteurs terrestres, suffisamment pour alimenter une grande ville, alors que les systèmes laser produisent 1 à 10 MW par satellite et nécessiteraient donc un réseau de centaines de satellites. .