L'équipe de Caltech réalise un transfert d'énergie sans fil dans l'espace

Mar 27, 2023

Crédit image : Caltech

Par la rédaction d'E&T

Publié le lundi 5 juin 2023

Le démonstrateur d'énergie solaire spatiale de Caltech 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.

La réalisation a été réalisée par MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), un réseau d'émetteurs de puissance micro-ondes légers et flexibles avec un contrôle de synchronisation précis.

MAPLE est l'une des trois expériences menées par le California Institute of Technology (Caltech) dans le cadre de son Space Solar Power Project (SSPP), un plan ambitieux visant à déployer une constellation de panneaux solaires spatiaux qui pourraient récolter l'énergie solaire dans l'espace et le faisceau l'énergie vers la Terre.

"Grâce aux expériences que nous avons menées jusqu'à présent, nous avons reçu la confirmation que MAPLE peut transmettre de l'énergie avec succès aux récepteurs dans l'espace", a déclaré Ali Hajimiri, professeur Bren de génie électrique et de génie médical et codirecteur du SSPP.

"Nous avons également pu programmer le réseau pour qu'il dirige son énergie vers la Terre, ce que nous avons détecté ici à Caltech. Nous l'avions bien sûr testé sur Terre, mais nous savons maintenant qu'il peut survivre au voyage dans l'espace et y fonctionner. ."

Photo prise depuis l'espace de l'intérieur de MAPLE, avec le réseau de transmission à droite et les récepteurs à gauche. / SSPP

Crédit image : SSPP

MAPLE utilise des interférences constructives et destructives entre les émetteurs individuels, pour déplacer la focalisation et la direction de l'énergie qu'il émet - sans aucune pièce mobile. Il s'appuie également sur des éléments de contrôle de synchronisation précis pour permettre à la majorité de l'énergie d'être transmise à l'emplacement souhaité et nulle part ailleurs.

MAPLE dispose de deux réseaux de récepteurs séparés situés à environ 30 cm de l'émetteur. Ces réseaux reçoivent l'énergie, la convertissent en courant continu (CC) et l'utilisent pour allumer une paire de LED afin de démontrer la séquence complète de transmission d'énergie sans fil à distance dans l'espace.

Les chercheurs ont testé cette technologie dans l'espace en allumant chaque LED individuellement et en faisant des allers-retours entre elles.

L'énergie transmise par MAPLE a été détectée par un récepteur sur le toit du Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering sur le campus de Caltech à Pasadena. 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.

"A 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 légères flexibles et avec nos propres circuits intégrés. C'est une première", a déclaré Hajimiri.

Les satellites en orbite géosynchrone reçoivent la lumière du soleil pendant plus de 99 % du temps - car ils ne sont pas soumis aux cycles d'une journée et aux changements météorologiques - et à une intensité beaucoup plus élevée que les panneaux solaires sur Terre, ce qui en fait un moyen beaucoup plus efficace source d'énergie.

Pour cette raison, l'énergie solaire spatiale pourrait permettre aux scientifiques de puiser dans un approvisionnement pratiquement illimité d'énergie solaire.

Une fois terminé, le SSPP pourrait déployer une constellation de vaisseaux spatiaux modulaires qui collectent la lumière du soleil, la transforment en électricité, puis la convertissent 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. .

"Les réseaux de transmission de puissance flexibles sont essentiels à la conception actuelle de la vision de Caltech pour une constellation de panneaux solaires en forme de voile qui se déploient une fois qu'ils atteignent l'orbite", a déclaré Sergio Pellegrino, Joyce et Kent Kresa Professeur d'aérospatiale et de génie civil et co-directeur 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", a déclaré 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."

Puissance de détection de MAPLE sur le toit du Laboratoire Moore. / Ali Hajimiri

Crédit image : Ali Hajimiri

Le prototype d'énergie solaire spatiale, connu sous le nom de Space Solar Power Demonstrator (SSPD), a été lancé en orbite lors de la mission Transporter-6, qui a décollé de Cap Canaveral le mardi 3 janvier 2023.

En plus de MAPLE, SSPC consiste en deux autres expériences dont les résultats sont attendus dans les prochains mois.

Le premier est connu sous le nom de DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment). Il s'agit d'une structure de 1,8 m² qui illustre l'architecture, le schéma d'emballage et les mécanismes de déploiement des panneaux solaires spatiaux modulaires.

La deuxième expérience a été nommée ALBA et a été conçue pour collecter 32 types différents de cellules photovoltaïques (PV) afin de permettre une évaluation des types de cellules les plus efficaces dans l'environnement éprouvant de l'espace.

Les origines du SSPP remontent à 2011, lorsque le philanthrope Donald Bren a 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, Bren et sa femme, Brigitte Bren, une administratrice de Caltech, ont accepté de faire un don pour financer le projet.

"Le travail acharné et le dévouement des brillants scientifiques de Caltech ont fait progresser notre rêve de fournir au monde une énergie abondante, fiable et abordable au profit de toute l'humanité", a déclaré Bren.

Le président de Caltech, Thomas F Rosenbaum, a ajouté : « La transition vers les énergies renouvelables, essentielle pour l'avenir du monde, est aujourd'hui limitée par les défis du stockage et de la transmission de l'énergie. générosité et prévoyance des Brens.

"Donald Bren a présenté un formidable défi technique qui promet un gain remarquable pour l'humanité : un monde alimenté par une énergie renouvelable ininterrompue."

L'été dernier, la Chine a annoncé que le premier lancement pour la construction de son projet d'énergie solaire dans l'espace était prévu pour 2028 – deux ans plus tôt que prévu initialement – ​​lorsqu'un satellite d'essai en orbite à une distance d'environ 400 km testera la technologie utilisée pour transmettre l'énergie de la centrale à la Terre.

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