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Alimentation de la Station spatiale internationale 

La capture de l’énergie solaire sur Terre peut s’avérer compliquée, car les rayons du Soleil peuvent être bloqués par les nuages et le mauvais temps. On peut penser que l’opération doit être plus facile dans l’espace, mais ce n’est pas nécessairement le cas.

Évidemment, il n’y a pas de nuages ou d’orages pour faire obstacle aux rayons solaires dans l’espace. Il y a toutefois un obstacle beaucoup plus imposant : la Terre. En orbite terrestre à une altitude d’environ 400 kilomètres, la station spatiale boucle son circuit à intervalles de 92 minutes environ et est témoin de 16 levers et de 16 couchers du Soleil dans une période de 24 heures.

Pour que la station spatiale puisse utiliser l’énergie solaire de façon efficace, les concepteurs ont dû mettre au point un système qui compense l’interception du rayonnement solaire par la Terre durant 36 minutes au cours d’une orbite. La station spatiale se trouve donc dans l’ombre de la Terre sur 40 % de son orbite.

La solution est un système complexe constitué de quatre immenses panneaux solaires, les plus grands jamais construits dans l’espace, auxquels sont adjoints des batteries rechargeables hydrogène-nickel. Celles-ci stockent l’énergie produite par les cellules de silicium durant l’éclairement sur le parcours d’une orbite et fournissent de l’énergie électrique quand la station spatiale se trouve dans l’ombre.

Il est crucial de disposer d’une source d’énergie fiable et sans coupure à bord de la station spatiale parce que les pannes de courant pourraient mettre la vie de l’équipage en danger. L’électricité est littéralement l’oxygène de la station, car elle est non seulement nécessaire aux activités quotidiennes et aux expériences scientifiques mais également à la survie de l’équipage.

Chaque réseau solaire comporte deux panneaux, mesurant chacun 34 mètres de longueur et 12 mètres de largeur, qui sont montés sur les côtés de la station comme des ailes. Chaque panneau porte 32 400 cellules de silicium de la taille d’une disquette d’ordinateur. La fonction de ce parterre de silicium est d’absorber autant d’énergie que possible en provenance du Soleil et de la transformer directement en électricité par conversion photovoltaïque.

Le système d’alimentation à l’énergie solaire de la station spatiale (qui comprend plusieurs panneaux solaires russes) aura une puissance de 128 kW, c’est-à-dire la puissance requise pour 64 habitations. Plus de 40 % de l’énergie produite sera consacrée aux projets de recherche scientifique à bord de la station.

Températures extrêmes

Les radiateurs, qui consistent en sept panneaux de 1,8 mètre sur 3,6 mètres, constituent un autre élément essentiel du système d’alimentation de la station. Conçus pour maintenir la température de la station à un niveau stable, ils peuvent s’étendre sur plus de 15 mètres lorsque déployés.

Tous les engins spatiaux subissent des températures extrêmement chaudes et froides en orbite. La station peut ainsi être soumise à des températures allant de 149 ^oC à -126 ^oC. Par ailleurs, le matériel électronique de la station produit également beaucoup de chaleur, ce qui est notamment le cas du système d’alimentation solaire lorsqu’il capture l’énergie du Soleil et la transforme en électricité qu’il distribue dans la station. Les radiateurs ont donc pour fonction d’empêcher les accumulations de chaleur, qui pourraient endommager les composants délicats, et d’uniformiser la température à l’intérieur de la station.

Un réfrigérant à base d’ammoniac circule dans les radiateurs, absorbe la chaleur produite par les systèmes de la station et l’évacue vers les panneaux qui la dissipent dans l’espace. On a choisi l’ammoniac parce que celui-ci présente la meilleure combinaison de qualités techniques et de propriétés de sécurité pour la tâche.

La température de la station est également stabilisée par une mince couche d’isolant thermique sur sa surface extérieure. Cette couche peut être endommagée par des décharges électriques (résultant de surtensions), la station utilisant une tension continue relativement élevée de 160 volts comparativement à 28 volts pour la plupart des engins spatiaux.

Pour résoudre ce problème, la NASA a mis au point un « neutraliseur de plasma » qui offre un trajet de mise à la masse pour évacuer les surtensions et éviter le claquage de l’isolant thermique de la station. Ce dispositif contient une réserve de gaz, et celui-ci est transformé en particules porteuses de charges électriques (des ions et des électrons) qui sont libérées dans l’espace. Ce flux de particules évacue les électrons excédentaires qui autrement créeraient une charge de surface nuisible pouvant abîmer la station.