Première transmission de puissance sans fil démontrée dans l'espace

Le démonstrateur d'énergie solaire spatiale de Caltech a livré son premier résultat opérationnel clé avec la transmission sans fil d'énergie dans l'espace.

Bien qu'une telle transmission sans fil ait été démontrée sur Terre, sa livraison dans l'espace est considérée comme une première et une vérification de la technologie MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) de Caltech - l'une des trois technologies clés testées dans le démonstrateur, qui a été lancé le 3 janvier.

"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", déclare Ali Hajimiri, professeur Bren de génie électrique et de génie médical à Caltech (California Institute of Technology) et codirecteur de le Space Solar Power Project, qui a dirigé le développement de l'instrument MAPLE.

Il ajoute que le groupe a également pu programmer l'instrument pour diriger son énergie vers la Terre, ce qui pourrait être détecté à Caltech et indique sa capacité à survivre au voyage dans l'espace et à y opérer.

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MAPLE se compose d'un réseau d'émetteurs de puissance micro-ondes légers et flexibles pilotés par des puces électroniques personnalisées qui ont été construites à l'aide de technologies de silicium à faible coût et permettent au réseau de transmettre l'énergie à l'emplacement souhaité.

La focalisation et la direction de l'énergie émise sont obtenues à l'aide des propriétés d'interférence, explique l'équipe du projet. Des éléments de contrôle de synchronisation précis concentrent dynamiquement la puissance de manière sélective sur l'emplacement souhaité en utilisant l'addition cohérente des ondes électromagnétiques.

La démonstration comprend deux réseaux de récepteurs séparés situés à environ 30 cm de l'émetteur pour recevoir l'énergie, la convertir en électricité CC et l'utiliser pour allumer une paire de LED.

Cela a été testé en allumant chaque LED individuellement et en effectuant des allers-retours entre elles.

L'instrument comprend également une petite fenêtre à travers laquelle le réseau peut transmettre l'énergie, qui a été détectée par un récepteur sur le toit du laboratoire d'ingénierie 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.

L'autre aspect notable est que l'expérience n'est pas scellée et soumise à l'environnement hostile de l'espace, y compris les fortes variations de température et le rayonnement solaire auxquels un instrument à grande échelle serait soumis.

En plus de la démonstration que les émetteurs de puissance pourraient survivre au lancement dans l'espace et y fonctionner, l'équipe de développement a l'intention d'évaluer les performances des éléments individuels - un processus qui, selon eux, pourrait prendre environ six mois.

Les antennes de transmission de puissance sont regroupées en groupes de 16, chaque groupe piloté par une puce individuelle et l'évaluation des modèles d'interférence de groupes plus petits devrait permettre de détecter les irrégularités et de remonter jusqu'aux unités individuelles.

Les deux autres expériences principales sur le démonstrateur sont DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), une structure d'environ 1,8 m² pour démontrer l'architecture, le schéma d'emballage et les mécanismes de déploiement du vaisseau spatial modulaire ; et ALBA, une collection de 32 types différents de cellules photovoltaïques pour permettre une évaluation des types de cellules les plus efficaces dans l'environnement spatial.

Les tests ALBA des cellules solaires sont en cours, mais jusqu'à présent, l'équipe n'a pas encore tenté de déployer DOLCE.

La démonstration réussie de transmission de puissance de Caltech est apparue quelques jours seulement après que des reportages en provenance du Japon ont suggéré que le pays pourrait déployer une série de petits satellites en orbite pour commencer à transmettre de l'énergie solaire à la Terre d'ici 2025.

L'initiative est dirigée par le professeur de l'Université de Kyoto, Naoki Shinohara, qui travaille sur le défi depuis plus d'une décennie.

D'autres pays dans la course solaire spatiale incluent la Chine, le Royaume-Uni et l'Europe, tandis qu'aux États-Unis, une autre initiative est le Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research Project (SSPIDR) de l'Air Force Research Laboratory, qui développe une nouvelle "tuile sandwich" pour collecter et transmettre l'énergie solaire à la Terre.

La démonstration Arachne de la tuile sandwich devrait également être lancée en 2025.

L'énergie solaire spatiale nécessitant des panneaux d'environ 2 km pour fournir 1 GW d'énergie, similaire à celle d'un réacteur nucléaire moyen, il reste encore des défis technologiques et financiers considérables à surmonter pour le mener à bien.