Centrales solaires orbitales

D'où le projet de démonstrateur évoqué par exemple quelques posts plus hauts.

VONFELD

Vonfeld a écrit:D'où le projet de démonstrateur évoqué par exemple quelques posts plus hauts.

VONFELD

Oui mais si un projet de ce type voit le jour, ce sera une volonté politique

Le cauchemar: une centrale solaire incontrôlable, à la dérive, mais continuant à fonctionner, comme lors de cet incident récent sur un satellite de télécommunication (heureusement rarissime): :pale: :pale:

Galaxy 15, hors de contrôle, pose un problème aux autres satellites

J'ai un peu suivi le fil et on n'a parlé que d'une transmission de l'énergie captée par laser . Aurait on abandonné la transmission d'énergie par micro-onde ?

Jean Paul CY a écrit:J'ai un peu suivi le fil et on n'a parlé que d'une transmission de l'énergie captée par laser . Aurait on abandonné la transmission d'énergie par micro-onde ?

Les deux modes de transmission sont étudiés, suivant les projets, avec leurs avantages et inconvénients, et probablement des applications différentes.

A+

Si le transfert de l'energie à travers l'atmosphère n'est pas très rentable, est-ce que le faisceau ( laser ) peut-être utilisé pour "pousser" une sonde interplanétaire ?

Je pense en effet qu'il faut plutôt chercher vers des applications de ce type : utiliser l'énergie des SPS dans l'espace.
Dans ce cas, l'équation économique est certainement très différente.
Exemple : fournir un peu de pêche à des satellites à propulsion solaire-électrique pour atteindre l'orbite géostationnaire. Le faisceau issu du SPS éclaire les panneaux solaires du satellite => surcroit de puissance, juste pendant le temps nécessaire pour que le satellite atteigne son orbite.

La "rentabilité" est à considérer pour une application donnée.

A+

lambda0 a écrit:
Exemple : fournir un peu de pêche à des satellites à propulsion solaire-électrique pour atteindre l'orbite géostationnaire. Le faisceau issu du SPS éclaire les panneaux solaires du satellite => surcroit de puissance, juste pendant le temps nécessaire pour que le satellite atteigne son orbite.

Dans ce cas précis la chaine des "conversions" me parait assez complexe : le SPS capte de l'énergie solaire, pour la convertir en électricité, qui ensuite permet de générer un faisceau (laser ?) qui ensuite vient éclairer les panneaux du satellite (en mouvement) afin de lui fournir un surplus d'énergie électrique.
Plus simple finalement de concentrer des rayons solaires vers le satellite et d'augmenter la taille de ses panneaux , non ?

Mais pourquoi pas envisager une station orbitale navigant de concert avec le SPS. La station n'aurait plus alors besoin de gigantesques panneaux solaires mais seulement d'antennes réceptrices, ce qui augmenterait l'accessibilité dans toutes les directions (on peut imaginer des capsules d'échantillon revenant d'explorations, des sondes assemblées/ravitaillées puis larguées etc ...)

montmein69 a écrit:
...
Plus simple finalement de concentrer des rayons solaires vers le satellite et d'augmenter la taille de ses panneaux , non ?
...

On ne peut pas projeter l'énergie ainsi à plusieurs milliers de km en conservant un éclairement suffisant à l'arrivée. Il faut un faisceau de très faible divergence, un laser.
Et le but est justement de minimiser la taille des panneaux du satellite, pour faire des économies de masse à lancer. Le satellite n'a besoin d'un surplus de puissance que pour son transfert en GEO, ou autre orbite.
De plus, cet apport d'énergie pourrait réduire la durée de cette manoeuvre, qui prend plusieurs mois en propulsion électrique. Autant de gagné sur la durée de vie utile du satellite.

A+

Arguments certes pertinents, mais évidemment la rentabilité de créer une centrale en orbite pour réaliser essentiellement cela n'est pas d'une toute première évidence (finalement booster un peu plus le moteur d'apogée et/ou utiliser un lanceur plus puissant serait peanuts en comparaison)

Autres questions techniques celles-là :
- l'émission laser est monochromatique, l'efficacité de conversion des panneaux solaires du satellite ne serait pas forcément optimale avec un tel éclairage (quelle longueur d'onde à privilégier) ?
- quelle est la dispersion d'une tache laser à 1000, 10 000 km ? Si elle est assez grande, on n'a pas besoin d'un système de guidage trop sophistiqué pour viser le satellite GEO qui sera en mouvement vers son orbite finale. D'un autre côté si la tache est large on réduit l'énergie frappant les panneaux de quelques dizaines de m² dont on voudrait minimiser la taille :suspect:

montmein69 a écrit:
- l'émission laser est monochromatique, l'efficacité de conversion des panneaux solaires du satellite ne serait pas forcément optimale avec un tel éclairage (quelle longueur d'onde à privilégier) ?
- quelle est la dispersion d'une tache laser à 1000, 10 000 km ? Si elle est assez grande, on n'a pas besoin d'un système de guidage trop sophistiqué pour viser le satellite GEO qui sera en mouvement vers son orbite finale. D'un autre côté si la tache est large on réduit l'énergie frappant les panneaux de quelques dizaines de m² dont on voudrait minimiser la taille :suspect:

- le rendement serait plutôt meilleur qu'avec la lumière solaire avec une longueur d'onde de l'ordre de 800-900 nm, émise par des diodes lasers. Mais peu importe en fait, même un rendement un peu plus faible ne serait pas rédhibitoire
- divergence de l'ordre de lambda/D, D=diamètre de l'optique émettrice
Plus précisément, pour un faisceau gaussien, 2*lambda/(PI*w0), divergence totale à 1/e². Dans la pratique, un peu plus si le faisceau n'est pas parfaitement cohérent (ce qui serait le cas avec des matrices de diodes laser, même synchronisées en phase). Pour ce qui est du pointage, la communication inter-satellites par laser est démontrée depuis quelques années, pour application militaires.

montmein69 a écrit:Arguments certes pertinents, mais évidemment la rentabilité de créer une centrale en orbite pour réaliser essentiellement cela n'est pas d'une toute première évidence (finalement booster un peu plus le moteur d'apogée et/ou utiliser un lanceur plus puissant serait peanuts en comparaison)

Conceptuellement, c'est similaire au principe du remorqueur, à la différence près qu'au lieu de fournir de la masse de réaction et de la poussée à l'objet remorqué, on lui fournit à distance de l'énergie, ce qui est possible si le satellite a un système de propulsion électrique capable d'utiliser cette énergie.
Contrairement à un remorqueur "classique", la centrale énergétique n'a pas besoin d'être réapprovisionné en propulsif, et avec une durée de vie de 10-15 ans, elle peut aider des dizaines de satellites à atteindre leur orbite, en plus d'autres applications.
La rentabilité d'un tel système requiert évidemment une étude détaillée, peut-être bien que ça a déjà été fait, ce n'est pas une idée nouvelle.

C'est seulement une application potentielle des SPS qui parait un peu plus praticable que la fourniture d'énergie vers la Terre. On ne parle plus ici de centaines de MW, mais plutôt de dizaines à quelques centaines de kW.

A+

Une autre façon de voir le problème de la fourniture d'énergie entre deux satellites sur des orbites différentes: le temps de réaction du système:
par exemple, supposons que la poursuite (sacré spot !) ait une imprécision d'un centième de seconde, sur un satellite en orbite circulaire basse que l'on souhaite réhausser, cela signifie que la zone éclairée à son niveau doit faire au moins 70m de rayon (si le satellite se déplace à 7 km/s), soit dans les 15000 m2, pour une surface de panneaux solaires qui en général ne dépasse pas les 100 m2. Dans ce cas, on perdrait plus de 99% de l'énergie envoyée.

Conclusion, ce système suppose des performances diaboliques :evil: au niveau de la poursuite: viser à quelques mètres près le satellite récepteur implique:
une précision temporelle au millième de seconde,
une précision angulaire au dixième de micro radian, dans le cas d'un émetteur en orbite géostationnaire, (on oublie pour ce type d'application les projets au point de Lagrange)

L'optique nécessaire pour limiter la diffraction est ambitieuse, mais n'est pas forcément le facteur le plus limitant. Suivant la distance et la taille du panneau solaire du satellite visé, 50 cm à 1m de diamètre devraient suffir. Le problème, c'est de stabiliser et piloter ce système avec la précision évoquée plus haut.

Pour résumer on est un cran au dessus du démonstrateur SILEX, qui n'avait pas une contrainte aussi forte en termes de rendement.
Ici, si on multiplie les pertes de conversion à l'émission dans le satellite émetteur, les pertes de transmission (surface panneaux/"aire" du faisceau lumineux), et les pertes de conversion à l'arrivée, je ne suis pas sur que le bilan global soit fantastique.

cosmos99 a écrit:Si le transfert de l'energie à travers l'atmosphère n'est pas très rentable, est-ce que le faisceau ( laser ) peut-être utilisé pour "pousser" une sonde interplanétaire ?

C'est à létude au USA, voir les documentaires à la conquête de Mars sur ce forum .

Laurent J a écrit:
...
Pour résumer on est un cran au dessus du démonstrateur SILEX, qui n'avait pas une contrainte aussi forte en termes de rendement.
Ici, si on multiplie les pertes de conversion à l'émission dans le satellite émetteur, les pertes de transmission (surface panneaux/"aire" du faisceau lumineux), et les pertes de conversion à l'arrivée, je ne suis pas sur que le bilan global soit fantastique.

Je pense que les pertes de conversion à l'arrivée n'entrent pas vraiment en ligne de compte pour une évaluation économique car elles existent de toute façon lorsque les panneaux ne reçoivent que de la lumière solaire en utilisation normale.
Et je ne sais pas dire à priori quel devrait être le rendement de la chaine pour que ce soit viable économiquement, le seuil peut aussi bien être à 1%, voire moins, qu'à 10-20% ou plus, auquel cas évidemment, la viabilité n'est pas évidente.
(mais pour mémoire, au niveau de l'émission, le rendement des diodes lasers peut quand même dépasser 50%, valeur constatée sur des produits disponibles, et la limite théorique parait être à 70-80%).

A+

lambda0 a écrit:Je pense que les pertes de conversion à l'arrivée n'entrent pas vraiment en ligne de compte pour une évaluation économique car elles existent de toute façon lorsque les panneaux ne reçoivent que de la lumière solaire en utilisation normale.

En fait il faut effectivement enlever une fois le rendement de conversion énergie solaire->électricité qui existe dans la solution de référence. Je l'avais pour ma part enlevé sur le satellite émetteur, mais dans ce cas il faut le garder pour le récepteur.

En terme de rendement global à atteindre, cela dépend de l'application, mais pour un satellite géostationnaire, il faut qu'il soit largement supérieur à (durée de l'assistance énergétique/durée de vie du satellite émetteur) sinon on ne rembourse même pas la fabrication et la mise à poste des panneaux solaires du satellite émetteur par le coût évité en panneaux solaires sur le satellite récepteur.

Bonjour tous, de retour de vacances je vais en profiter pour me répéter (radoter diront certains).
J'avais mis en ligne un papier : http://tiny.cc/0hasm
qui indiquait que le paramètre crucial pour la rentabilité économique d'un SPS était la masse surfacique de ses capteurs photovoltaïques (et de ses haubanages) ainsi que la possibilité réelle de rapatrier une fraction conséquente de l'énergie produite et non pas son rendement photovoltaïque.

Tout le monde peut comprendre qu'un capteur de 10 km² qui a une masse de 10000 tonnes, même avec un rendement photovoltaïque de 30 %, ne sera jamais rentable mais que la même surface pour un budget masse de 300 tonnes (0,03 kg/m²), même avec un rendement photovoltaïque assez médiocre de 10 % serait économiquement jouable.

Maintenant il ne faut pas espérer que les membranes photovoltaïques en couches minces soient utilisables à cette échelle et à ce niveau de masse surfacique avant 2020 ou 2030...

Retour de vacances aussi. Du soleil de la Méditerranée aux satellites solaires, ça fait une belle transition :P

Henri a écrit:
...
Tout le monde peut comprendre qu'un capteur de 10 km² qui a une masse de 10000 tonnes, même avec un rendement photovoltaïque de 30 %, ne sera jamais rentable mais que la même surface pour un budget masse de 300 tonnes (0,03 kg/m²), même avec un rendement photovoltaïque assez médiocre de 10 % serait économiquement jouable.

Maintenant il ne faut pas espérer que les membranes photovoltaïques en couches minces soient utilisables à cette échelle et à ce niveau de masse surfacique avant 2020 ou 2030...

D'où les quelques réflexions qui précèdent sur d'éventuelles applications plus modestes, peut-être intéressantes avec les technologies disponibles de panneaux solaire, et où on ne parle plus de GW à expédier vers la Terre, mais de SPS de quelques centaines de kW expédiant l'énergie vers des satellites (par exemple) munis d'une propulsion électrique.
Si l'énergie est expédiée vers la Terre, les SPS se retrouvent en compétition avec les centrales électriques classiques, qui produisent de l'électricité vendues à 50€/MWh ou moins, à la rigueur 100€/MWh avec des tarifs de pointe.
Mais l'énergie électrique dans l'espace a une valeur marchande bien plus élevée, ce qui pourrait créer des niches économiques pour les SPS.

A+

Vous évoquez la possibilité de réexpédier l'énergie vers des satellites, mais est-ce qu'on peut le faire pour des sondes qui vont vers mars, jupiter...
Je suppose que la puissance décroit très vite avec la distance ( ou plutôt le rayon a tendance à beaucoup diverger, alors est-ce que c'est théorique ou c'est juste qu'on ne sait pas techniquement faire un faisceau qui ne diverge pas ? )

cosmos99 a écrit:Vous évoquez la possibilité de réexpédier l'énergie vers des satellites, mais est-ce qu'on peut le faire pour des sondes qui vont vers mars, jupiter...
Je suppose que la puissance décroit très vite avec la distance ( ou plutôt le rayon a tendance à beaucoup diverger, alors est-ce que c'est théorique ou c'est juste qu'on ne sait pas techniquement faire un faisceau qui ne diverge pas ? )

Si le système fonctionne pour des satellites, il peut aussi bien aider une sonde interplanétaire à sortir du puit de gravité terrestre, mais il faudrait une ouverture trop grande pour expédier l'énergie à des millions de km (la divergence du faisceau dûe à la diffraction est une limite physique). La portée du système serait donc limitée à la banlieue terrestre, mais même celà peut éventuellement être intéressant.
Smart-1 a mis un temps interminable pour s'échapper en spiralant, uniquement avec sa propulsion électrique. Un apport d'énergie extérieur aurait pu réduire ce temps, sans consommation de propulsif supplémentaire, avec un moteur travaillant à impulsion spécifique plus élevée.

A+

Pour des SPS tournés vers la Terre, il y a une évaluation du délais de retour énergétique ici, vers la fin (section VIII, "C")
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
Temps estimé à moins de 2 ans, la dette énergétique parait être remboursée assez vite par rapport à la durée de vie du système.
(j'avais vu ailleurs des chiffres plus élevés, plutôt de 3 à 5 ans, pour du PV terrestre, mais c'était peut-être pour des panneaux Si, plus coûteux en énergie que des films à couches minces)

A+

lambda0 a écrit:Pour des SPS tournés vers la Terre, il y a une évaluation du délais de retour énergétique ici, vers la fin (section VIII, "C")
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
Temps estimé à moins de 2 ans, la dette énergétique parait être remboursée assez vite par rapport à la durée de vie du système.
(j'avais vu ailleurs des chiffres plus élevés, plutôt de 3 à 5 ans, pour du PV terrestre, mais c'était peut-être pour des panneaux Si, plus coûteux en énergie que des films à couches minces)

A+

Heu, je ferais parfois bien de consulter mon disque dur avant de poser une question...
http://minilien.fr/a0lrxv
(C'est à partir de demain le train Alzheimer je crois... ? :face: )

un document de synthèse présenté au Sénat en 2003
http://www.science-sainte-rose.net/livres/Centrales%20Solaires%20Spatiales%20-%20La%20presentation%20au%20Senat.pdf

- quelles sont depuis les éléments de R&D qui auraient été validés?
_ où en sommes nous avec tous les projets évoqués supra , en terme de crédibilité de ces options?

dans l'attente, un petit podcast de Ciel&Espace
http://www.cieletespaceradio.fr/l_energie_solaire___depuis_l_espace__par_rayon_laser.584

un document de synthèse présenté au Sénat en 2003
http://www.science-sainte-rose.net/livres/Centrales%20Solaires%20Spatiales%20-%20La%20presentation%20au%20Senat.pdf
- quelles sont depuis les éléments de R&D qui auraient été validés?
_ où en sommes nous avec tous les projets évoqués supra , en terme de crédibilité de ces options?

Tout celà reste assez prospectif.
Pour ce qui est du coût de construction minimal de 4500 à 5900 €/kW (page 12, seulement 4 fois plus que le nucléaire), celà dissimule quelques hypothèses audacieuses sur les coûts de lancement.
(Hum... et en page 16, table 1, MSC 5, je me demande bien ce qu'on entend par "centrale interstellaire opérationnelle" ;) )

A+

Est-ce un effet de la visite présidentielle à Vernon et du coup de projecteur sur l'actualité spatiale?
En tout cas voici un article où l'on reparle de l'énergie solaire captée dans l'espace et redistribuée vers la Terre:http://www.lexpress.fr/actualites/1/capter-l-energie-solaire-dans-l-espace-et-l-acheminer-sur-terre_945182.html