The Guardians.com - Peace in Space

Alimentation en électricité
Stockage d’énergie
Alimentation en air
Recyclage des déchets
Point d’appui de la panoplie solaire
Point d’appui des antennes de communication
Maœuvrer
Contrôler le chauffage solaire

Contient des éléments de stockage d’énergie
Branché à la panoplie solaire pour la production d’énergie
Héberge l’equipement de vie principal
Héberge les systèmes principaux de contrôle des engins de manœuvre

Les panneaux solaires de notre station sont rangés de façon commode en éventail sur le module d’énergie.

Les panoplies solaires sont de grandes surfaces de piles solaires qu’on utililise pour alimenter la Station Spatiale, d’autres vaisseaux spatiaux et des satellites, en se servant de l’énergie de la lumière du soleil. Toute personne qui a volé dans un avion à une altitude d’environ 11000 m (35,000 ft) saura que dès que vous montez au-dessus des nuages la lumière du soleil est beaucoup plus forte qu'à la surface de la Terre. En orbite la Station Spatiale est à environ 400 km (250 miles) au-dessus de la surface, dans l’exosphère. Les piles solaire offrent donc un moyen très efficace de produire de l’énergie gratuite à votre station spatiale. Les piles solaires ont été utilisées depuis 1958 pour alimenter les stations spatiales, les satellites et les vaisseaux spatiaux.

La plupart des piles solaires sont fabriquées à partir de silecium (l’élément chimique principal du sable) et deux autres éléments – le bore et le phosphore. La moitié de chaque pile est composée d’un disque de silecium et de cristal de bore, et l’autre moitié de silecium et de phosphore. La moitié silecium-bore est appelée un silecium du type "P" et elle est chargée positivement, tandis que la moitié silecium-phospore est du type "N" et elle est chargée négativement. Ensemble elles forment une pile neutre.

Quand les photons du soleil frappent le joint entre les couches "N" et "P", un courant d’électrons – électricité - passe d’un côté à l’autre, à travers la structure de cristal. En fixant des fils de cuivre à chaque moitié de la pile on a un courant électrique. En rassemblant des piles individuelles, ou en parallèle ou en série, on peut produire une tension spécifique pour faire marcher le matériel qu’on attache aux piles solaires.

L’énergie solaire est une des nombreuses ressources énergétiques "alternatives" qu’on utilise aujourd’hui sur la Terre, parmi les autres il y a l’énergie éolienne et l’énergie des vagues.

Le matériau utilisé dans les piles solaire est appelé un semi-conducteur. Les semi-conducteurs sont la base de l’électronique. Beaucoup de composants utilisent la technologie des semi-conducteurs : par exemple les transistors, les diodes, les circuits intégrés.

L’arsinide de gallium et le phosphure d’indium sont d’autres semi-conducteurs utilisés dans les piles solaires.

Les panneaux solaires ne sont pas le seul moyen de produire l’énergie électrique dans l’espace. Les autres moyens sont par "space tethers" (câbles spatiaux) et par énergie nucléaire. Cette dernière, pourtant, n’est plus un moyen acceptable à bord des vaisseaux en orbite, à cause des dangers potentiels dans le cas où un réacteur nucléaire rentrerait dans l’atmosphère de la Terre. Ce qui est déjà arrivé.

Projet : Prendre six pièces de monnaie et six matériaux, comme par exemple :

Posez les matériaux sur un rebord de fenêtre au soleil. Posez une pièce sur chaque matériau. Laissez le tout pendant une ou deux semaines. Examinez les résultats.

Cherchez les différences de couleur entre les parties exposées et celles recouvertes par la pièce. Cassez ou déchirez les matériaux (si possible). Y a-t-il a une différence dans la façon qu’ont les parties exposées et non exposées de se briser? Pouvez-vous trouver d’autres essais pour contrôler les changements?

Les effets sont dûs à la radiation ultraviolette du soleil. On ne peut pas la voir, mais elle est nuisible aux choses qui y sont trop exposées.

Les accumulateurs d’énergie sont un moyen très efficace pour le stockage et l’alimentation en énergie. Ils sont comme des super-piles rechargeables qui stockent l’énergie électrique. La Station Spatiale en a besoin comme ressource d’énergie principale quand elle passe dans l’ombre de la Terre et les panneaux solaires ne fonctionnent plus parcequ’ils ne sont plus au soleil.

Les accumulateurs d’énergie fournissent aussi l’énergie dans les cas d’urgence comme une panne de panneaux solaires ou quand ceux-ci sont débranchés et pendant les périodes de haute consommation d’énergie, ils peuvent fournir de l’énergie supplémentaire.

L’accumulateur d’énergie fut développé au Royaume Uni au début des années soixante. Mais sa première utilisation importante fut dans le programme spatial américain. Cet accumulateur fut utilisé dans le programme Apollo. Il est aujourd’hui exposé dans la section espace du Musée des Sciences de Londres. © J W Hodges

L’énergie électrique a beaucoup de fonctions sur la Station. Sans elle la Station Spatiale mourrait. Des câbles doivent être posés dans toutes les parties du vaisseau, et différents voltages et types de courants doivent être fournis pour les divers équipements. Le système de distribution électrique doit être fiable et doit avoir un système de secours pour les secteurs clés comme l'équipement de survie, le contrôle de l'altitude et de la communication.

De temps en temps la Station Spatiale aura besoin de manœuvrer. Il lui faudra peut-être se retourner, ou viser une direction particulière par exemple pour aligner les panneaux solaires avec le Soleil. Ce système s’appelle le contrôle d’altitude. Il se compose de petites fusées motrices placées en général aux bords de la Station où elle peuvent avoir le plus grand effet de rotation en consommant le moins d’énergie. Ce système s'applique à presque toutes les stations spatiales et la plupart sont des fusées normales à combustible liquide. Cependant, de nouveaux moteurs ont été réalisés qui s’appellent moteurs à ions. Au lieu de gaz brûlants ils utilisent un jet de particules ionisées qui en fait fournissent le même service. Dès l’an 2020 les moteurs à ions seront d'un usage commun et notre Station Spatiale en sera équipée.

De temps en temps elle doit aussi se propulser à une orbite supérieure, car, même ici à 400 kilomètres au-dessus de la Terre il y a encore un peu d’air. Cet air cause une petite traînée aérodynamique et par conséquent la Station Spatiale ralentit tout le temps. Si on laissait faire assez longtemps, elle ré-entrerait éventuellement dans l’atmosphère, avec probablement des résultats catastrophiques pour ceux d'en bas!

La solution est d’équiper la Station Spatiale de petits moteurs-fusées qu’on peut allumer de temps en temps pour propulser la Station à une orbite supérieure.

Le chauffage solaire pose un grand problème pour les vaisseaux spatiaux. Les concepteurs font beaucoup d’efforts pour contrôler le chaud et le froid à bord des vaisseaux spatiaux. Le côté exposé au Soleil va se chauffer, tandis que les parties à l’ombre seront exposées au froid de l’espace et vont se rafraîchir. La distribution de la chaleur est une priorité, parceque les choses se dilatent et se contractent avec la température et la force qui en résulte peut causer des dégâts, des vibrations, des fluctuations de tension électrique et beaucoup d’autres effets indésirables

Sur des stations spatiales actuelles, on se sert de radiateurs montés sur des mâts externes pour se débarrasser de la chaleur indésirable. Celle-ci ne vient pas uniquement des effets solaires, mais peut être produite par du matériel à bord. Avant l’an 2020 il devrait être possible de convertir cette chaleur superflue de qualité inférieure en d’autres formes d’énergie – l’électricité peut-être – pour utilisation sur la Station Spatiale. Et on n’aura plus besoin de radiateurs.

Il y a plusieurs autres moyens de contrôler le chauffage d’un vaisseau spatial, par exemple :

La couleur est importante. Les objets noirs ou sombres ont tendance à absorber la chaleur, tandis que les objets blancs ou clairs la reflètent. Imaginez, si vous étiez un zèbre! Les surfaces réfléchissantes reflètent la chaleur aussi bien que la lumière et on utilise les deux assez souvent sur les vaisseaux spatiaux quand c'est possible. Le film mylar doré n’est pas cher et est efficace, mais il s’abîme facilement, tandis que les surfaces réfléchissantes sont aussi bien et plus robustes, mais elles sont chères et uniquement utilisables en grandes surfaces plates.

La Navette Orbiter est couverte de carreaux épais en céramique (une potterie spéciale) qui absorbent beaucoup de chaleur. On l’appelle matériau ablatif et il empêche le revêtement métallique et l’intérieur de la navette de chauffer en rentrant dans l’atmosphère de la Terre à très grande vitesse après une mission dans l’espace. En effet, si vous prenez un morceau de ce carreau chauffé au rouge, vous ne vous brûlerez pas! Il conduit pas la chaleur très facilement. C’est un isolant très efficace, donc il empêche la chaleur d’être transférée à la Navette en métal.

La réalisation de ces carreaux coûta très chère et posa beaucoup de problèmes à la NASA au début de l'aventure spatiale.

A cette heure, il n’y a que trois agences spatiales connues pour avoir construit avec succès des véhicules-retour capables de revenir sur la Terre depuis l’espace : la Russie, les USA et la Chine.

L’Agence Spatiale Chinoise a développé la méthode la plus élégante et la moins chère pour construire un écran de retour pour ses véhicules de retour à utilisation unique. Ils utilisent du bois de chêne. Une épaisse planche de chêne crée une isolation et un matériau ablatif idéal. Le chêne brûle très lentement et il ne conduit pas la chaleur facilement. Il est difficile de brûler les bâtiments en chêne et c’est la raison pour laquelle il existe tant de vieux bâtiments en chêne partout dans le monde. Tous ceux qui ont essayé de brûler des bûches de chêne dans leur cheminée peuvent le confirmer. Il faut un bon feu bien chaud pour enflammer le chêne et il brûlera lentement pendant des heures.

Le message, est donc que les solutions modernes, de haute technologie ne répondent pas forcément au besoins de la vie dans l’espace. Des solutions simples, pas chères et qui ont fait leurs preuves pourront tout aussi bien servir dans certains cas, eu égard à la haute technologie.

Mais pouvez-vous trouver des raisons qui feraient que les carreaux en chêne ne conviendraient pas à la Navette spatiale?

Prendre des pièces de monnaie, les poser sur un plateau en plastique ou en bois (un bon isolant) et couvrir chaque piece avec une petite couverture. Assurez-vous que la couverture soit en contact avec la pièce. La couverture devrait être faite d’une combinaison de couleurs et de matériaux différents, par exemple :

Assurez-vous que les matériaux soient d’une certaine variété de couleurs et aient des qualités réfléchissantes (brillante ou terne)

Les laisser chauffer au soleil pendant une heure environ, puis enlever les couvertures l’une après l’autre et prendre la température des pièces. Il vaut mieux utiliser un thermomètre digital, mais un doigt peut suffir.

Et si l'on posait deux couvertures – papier réfléchissant sur papier noir?

Solution au problème du micrométéoroïde : Suffisamment d’énergie pour alimenter un chauffage électrique pendant 8 jours!