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 Les panneaux solaires : jusqu'où ?

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lambda0
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MessageSujet: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Jeu 17 Sep 2015 - 9:34

Pour ce qui est de l'alimentation électrique des sondes, on considère traditionnellement qu'au delà de la ceinture d'astéroides, l'utilisation de l'énergie solaire est peu praticable.
Mais l'année prochaine, la sonde Juno atteindra Jupiter, après un voyage de 6 ans.
Particularité de cette sonde : son alimentation électrique est fournie par des panneaux solaires, qui délivrent une puissance de 420 W, alors que les précédentes sondes dirigées vers Jupiter et planètes plus lointaines dépendaient d'un générateur radio-isotopique (RTG).
Avec les progrès réalisés depuis 20 ans, il est devenu possible de se passer de RTG pour Jupiter, tant que le besoin reste limité à quelques centaines de Watts.

Mais finalement, si ça marche jusqu'à Jupiter, pourquoi pas un peu plus loin ?

Le document suivant n'est pas tout à fait récent (2007), mais il semble que l'alimentation par panneaux solaires serait praticable au moins jusqu'à Saturne.
Etude de cas d'un orbiteur saturnien équipé en panneaux solaires :
http://www.lpi.usra.edu/opag/nov_2007_meeting/presentations/solar_power.pdf
Sur le cas traité, et avec la technologie de 2007, cela se traduit par une pénalité de 450 kg sur la charge utile, comparé à des ASRG (RTG avancés utilisant une conversion Stirling, mais ce développement a été annulé l'année dernière - la pénalité doit en réalité être moins importante).

Remarquer l'importance de l'effet LILT (Low Intensity Low Temperature) : les basses températures sont favorables à une augmentation du rendement des cellules, mais cet effet positif est surcompensé par une baisse de rendement en régime de bas éclairement, ce qu'on essaye de corriger en optimisant les cellules ou par concentration.

Bonne lecture

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Argyre




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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Jeu 17 Sep 2015 - 14:13

lambda0 a écrit:
Pour ce qui est de l'alimentation électrique des sondes, on considère traditionnellement qu'au delà de la ceinture d'astéroides, l'utilisation de l'énergie solaire est peu praticable.
Mais l'année prochaine, la sonde Juno atteindra Jupiter, après un voyage de 6 ans.
Particularité de cette sonde : son alimentation électrique est fournie par des panneaux solaires, qui délivrent une puissance de 420 W, alors que les précédentes sondes dirigées vers Jupiter et planètes plus lointaines dépendaient d'un générateur radio-isotopique (RTG).
Avec les progrès réalisés depuis 20 ans, il est devenu possible de se passer de RTG pour Jupiter, tant que le besoin reste limité à quelques centaines de Watts.

Mais finalement, si ça marche jusqu'à Jupiter, pourquoi pas un peu plus loin ?

Seulement Saturne ?
En fait, on doit pouvoir faire mieux. Non pas en améliorant encore le gain des panneaux, mais en exploitant un point intermédiaire. L'idée est de placer une centrale solaire relativement près du soleil, disons à hauteur de Mars ou Jupiter, et d'envoyer des rayons très focalisés vers la sonde placée à quelques milliards de km. Après tout est histoire de précision ... et de longueur d'onde. Car rien n'interdit de choisir une longueur d'onde plus adaptée au problème.
J'ai lu un article qui n'était pas tout à fait sur ce sujet, mais qui traitait de la communication lors d'un voyage interstellaire et qui m'a inspiré cette réponse. Je n'ai cependant aucun chiffre à fournir pour étayer mes dires, la faisabilité n'est que pure spéculation de ma part.
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lambda0
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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Jeu 17 Sep 2015 - 14:39

A vrai dire, je considérais des technologies plus traditionnelles.

Sinon, pour mettre quelques chiffres et ordres de grandeur sur ta proposition :
Considérons un LASER émettant 1 MW à 1 µm (déjà un truc costaud en continu) :
Diamètre optique de projection : 10 m -> divergence = 0.1 µrad
A 1 milliard de km, ça fait un spot de 100 km, en ordre de grandeur.
On ne récupère même pas 1 mW/m² à l'arrivée.
=> ça va pour de la communication, mais pour en faire une source d'énergie, il faut une puissance gigantesque au départ, ou une optique beaucoup plus grande, de plusieurs km.

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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Jeu 17 Sep 2015 - 16:29

Argyre, explorateur a écrit:
Seulement Saturne ?
En fait, on doit pouvoir faire mieux. Non pas en améliorant encore le gain des panneaux, mais en exploitant un point intermédiaire. L'idée est de placer une centrale solaire relativement près du soleil, disons à hauteur de Mars ou Jupiter, et d'envoyer des rayons très focalisés vers la sonde placée à quelques milliards de km. Après tout est histoire de précision ... et de longueur d'onde. Car rien n'interdit de choisir une longueur d'onde plus adaptée au problème.
J'ai lu un article qui n'était pas tout à fait sur ce sujet, mais qui traitait de la communication lors d'un voyage interstellaire et qui m'a inspiré cette réponse. Je n'ai cependant aucun chiffre à fournir pour étayer mes dires, la faisabilité n'est que pure spéculation de ma part.

ça nécessiterait une sacrée lentille, non? ou alors un laser d'une qualité monstrueuse... voire les deux. Donc un poids énorme placé en orbite. Limite, ça me parait plus réaliste depuis une base industrielle martienne(ce qui n'est hélas pas pour demain).

la différence avec les télécoms, c'est qu'avec une puissance raisonnable, si on arrose 100 km autour de la sonde(chiffre au pif), ça marche quand même. Pour l'Énergie, tout ce qui n'arrive pas directement sur le collecteur est une perte sèche.
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Argyre




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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Ven 18 Sep 2015 - 11:46

lambda0 a écrit:
A vrai dire, je considérais des technologies plus traditionnelles.

Sinon, pour mettre quelques chiffres et ordres de grandeur sur ta proposition :
Considérons un LASER émettant 1 MW à 1 µm (déjà un truc costaud en continu) :
Diamètre optique de projection : 10 m -> divergence = 0.1 µrad
A 1 milliard de km, ça fait un spot de 100 km, en ordre de grandeur.
On ne récupère même pas 1 mW/m² à l'arrivée.
=> ça va pour de la communication, mais pour en faire une source d'énergie, il faut une puissance gigantesque au départ, ou une optique beaucoup plus grande, de plusieurs km.

Ok.
Sur Wiki, je lis : Neglecting divergence due to poor beam quality, the divergence of a laser beam is proportional to its wavelength and inversely proportional to the diameter of the beam at its narrowest point. For example, an ultraviolet laser that emits at a wavelength of 308 nm will have a lower divergence than an infrared laser at 808 nm, if both have the same minimum beam diameter.

Donc la question est : si on utilise un laser à rayons X, voire à rayons gammas (il parait qu'on ne sait pas encore faire, mais que c'est un domaine où on progresse), est-ce qu'on peut obtenir des résultats plus intéressants ?
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LuckySan




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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Ven 18 Sep 2015 - 13:05

Argyre a écrit:


Donc la question est : si on utilise un laser à rayons X, voire à rayons gammas (il parait qu'on ne sait pas encore faire, mais que c'est un domaine où on progresse), est-ce qu'on peut obtenir des résultats plus intéressants ?

Oui... mais dans ces cas-là, il faudrait développer des cellules solaires adaptée à ces longueurs d'ondes...

Pour l'instant (mais je m'y connais peu...), les cellules solaires développées actuellement récupèrent plutôt de l’énergie sur la plage infrarouge (ce qui est logique sur terre).

Je n'ai aucune idée si l'on peut actuellement récupérer efficacement de l’énergie par de l'ultraviolet/rayon X/voir gammas...
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Atlantis




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MessageSujet: Re: Les panneaux solaires : jusqu'où ?   Ven 18 Sep 2015 - 22:16

J'ai retrouvé une étude de 2009 pour une mission "pas chère" vers Uranus. En résumé, sous peu que l'on gère efficacement la distribution de l’énergie généré par les panneaux solaires et que l'on est recours à des petites quantités de matière radioactive pour réchauffé l’électronique, cela parait faisable.http://www.lpi.usra.edu/opag/march09/presentations/hofstadter.pdf



Je me rappelle d'une autre étude, que je n'ai pas réussit à retrouver, pour une mission vers Neptune(!) avec propulsion ionique et alimenter par des panneaux solaires géants gonflables.
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