Une expérience d’avion spatial militaire éclaire les satellites solaires de l’espace

Une expérience lancée le 17 mai à bord du véhicule d’essai orbital X-37B de l’armée de l’air américaine est basée sur plus d’une décennie de travaux axés sur un satellite solaire spatial modulaire capable de transmettre de l’énergie à la Terre.

Développé par le Laboratoire de recherche de la marine américaine (NRL) à Washington, le matériel est appelé module d’antenne radiofréquence photovoltaïque, ou PRAM en abrégé.

Le PRAM est une émanation des efforts du NRL pour développer des modules “sandwich” où une face reçoit l’énergie solaire avec un panneau photovoltaïque, l’électronique au milieu convertit ce courant continu en signaux de radiofréquence et l’autre face possède une antenne pour transmettre l’énergie.

Le module d’antenne radio-fréquence photovoltaïque (PRAM) est une expérience menée à bord de l’avion spatial X-37B de l’armée américaine, présenté ici en 2017. Crédit : U.S. Air Force

Paul Jaffe du NRL, responsable de l’Innovation Power Beaming et du portefeuille solaire spatial, a déclaré que le PRAM à bord du X-37B n’établit pas de véritable liaison par faisceau d’énergie. Le module de 30 centimètres est plutôt destiné à évaluer sa capacité de conversion d’énergie et les performances thermiques de l’appareil en orbite terrestre. Bien que la PRAM génère de l’énergie RF, cette énergie ne va pas à une antenne en raison d’un potentiel d’interférence avec d’autres charges utiles à bord du X-37B, a-t-il déclaré. SpaceNews.

Livraisons de données

“Nous testons un composant fonctionnel qui ferait partie d’une catégorie de satellite à énergie solaire qui, à terme, enverrait de l’énergie de l’espace vers la Terre”, a déclaré M. Jaffe, le chercheur principal du PRAM. “Nous prévoyons de publier quelque chose dans plusieurs mois, une fois que nous aurons récupéré des données et que nous aurons eu la chance d’analyser ces informations.”

Il y aura des livraisons régulières de données à partir du véhicule qui héberge le PRAM, a déclaré Chris DePuma, ingénieur en électronique du NRL et responsable du programme PRAM. “L’avantage de leur [X-37B] est que nous n’avons pas à créer notre propre système de communication. Ils collectent nos données dans un ensemble que nous pouvons analyser”.

Compte tenu des résultats du PRAM, l’étape suivante consisterait à fabriquer un système entièrement fonctionnel sur un vaisseau spatial dédié pour tester la transmission d’énergie vers la Terre, ce qui pourrait éventuellement aider à alimenter des installations éloignées comme les bases d’opérations avancées et les zones de réponse aux catastrophes.

Atteindre une ligne de base

Dans un rapport d’octobre intitulé “Opportunities and Challenges for Space Solar for Remote Installations”, un groupe d’étude du NRL a exploré le concept de fourniture d’énergie aux installations militaires et éloignées via l’énergie solaire. L’étude a déterminé qu’il reste d’importants défis technologiques, économiques, juridiques, politiques, opérationnels, organisationnels et de calendrier non résolus inhérents au développement d’une capacité solaire spatiale déployable.

Cependant, en raison de la nature potentiellement changeante de l’énergie solaire spatiale pour les applications terrestres, l’équipe de l’étude a recommandé des investissements dans plusieurs domaines critiques, dont le plus important est la technologie de téléportation d’énergie.

Le matériel PRAM est la première expérience orbitale conçue pour convertir la lumière du soleil pour la transmission d’énergie micro-ondes pour les satellites à énergie solaire. Crédit : Laboratoire de recherche de la marine américaine

M. Jaffe a déclaré qu’il restait des questions ouvertes sur la technologie de la téléportation d’énergie et son niveau de maturité, d’où l’expérience X-37B. La PRAM est considérée comme la première expérience orbitale conçue pour convertir la lumière du soleil en vue de la transmission d’énergie par micro-ondes pour les satellites à énergie solaire.

“Vous pouvez certainement plaider en faveur des satellites à énergie solaire dans de nombreuses circonstances où une liaison laser, et non une liaison micro-ondes, serait préférable”, a déclaré M. Jaffe. “Une des applications consiste à envoyer de l’énergie dans les régions de la lune qui sont en permanence dans l’ombre”, a-t-il dit, où la glace d’eau attendue peut être transformée en quantité potable pour soutenir les équipages, et où cette ressource peut être divisée en composants de carburant pour fusée.

Selon M. DePuma du NRL, le principal objectif de l’expérience PRAM sur le X-37B est d’atteindre une ligne de base et de prouver que le concept fonctionne et qu’il ne manque aucun problème majeur.

“La raison d’être de l’architecture en modules sandwich est de modulariser le système de satellites solaires spatiaux. Vous pourriez envoyer des composants quelques-uns à la fois et les assembler sur l’orbite. Vous construisez une très grande structure avec plusieurs petits lancements”, a déclaré M. DePuma. “C’est une bonne façon d’aborder l’accès à des systèmes plus grands.

Cet article a été publié dans le numéro du 15 juin 2020 du magazine SpaceNews.