Brevet FR2985577A1 — publié le 20130712

-1- La présente invention concerne un plan pour un système de satellite qui permettra de capter l'énergie solaire dans l'espace, pour retransmettre ailleurs cette lumière. Tous les satellites en orbite autour de la Terre consomment de l'énergie solaire comme source d'énergie principale. En utilisant des panneaux solaires, ces satellites convertissent cette énergie solaire en électricité qui est ensuite consommée à bord afin d'accomplir la mission du satellite. Ces satellites stockent également cette énergie électrique dans des batteries pour l'utiliser pendant des périodes d'éclipse solaire. Un certain pourcentage de satellites cesse de fonctionner avant le terme prévu en raison de divers problèmes techniques. Le plus commun de ces problèmes techniques est une panne dans le système électrique, que ce soit à cause des panneaux solaires ou des batteries. Ainsi, un satellite pourra par exemple faillir à sa mission si ses panneaux solaires ne sont pas correctement déployés ou s'ils deviennent trop vieux, perdant leur capacité à convertir l'énergie solaire qu'ils reçoivent en énergie électrique. Divers concepts existent actuellement pour rétablir la fonctionnalité des satellites qui ont subi des dommages comme ceux décrits ci-dessus. Le problème est qu'aucun de ces concepts n'a une efficacité optimum : 1. Laser: Si les panneaux solaires d'un satellite ne sont pas correctement déployés, ou sont trop vieux ou trop endommagés pour créer suffisamment d'électricité, il est possible de braquer un laser de classe kilowatt (kw) sur les panneaux solaires. Parce qu'un laser est composé simplement d'une lumière focalisée, les panneaux solaires la convertissent en énergie électrique pour une utilisation à bord du satellite. L'énergie du laser sera en addition de toute énergie solaire normalement reçue par les panneaux solaires. Les limites de ce concept sont notamment 1) une non aptitude technologique pour envoyer des lasers dans l'espace pendant des longues périodes de temps, 2) l'inefficacité des systèmes qui convertissent la lumière en électricité et de nouveau en laser, et enfin 3) la nécessité de se conformer aux accords internationaux en assurant qu'un tel laser en orbite ne pourra pas être utilisé comme une arme. 2. L'intervention physique directe: Si les panneaux solaires d'un satellite ne sont pas correctement déployés, ou sont trop vieux ou sont trop endommagés pour créer suffisamment d'électricité, il est possible de faire réparer directement le satellite - 2 - soit par des astronautes, soit par des robots. Cette mission de réparation consistera à restaurer ou à augmenter la fonctionnalité du satellite. Aujourd'hui les missions de réparation de satellite sont extrêmement délicates et compliquées à planifier; elles sont actuellement extrêmement rares. À ce jour, les seuls bénéficiaires de ces missions de réparation directes sont le télescope spatial Hubble et la Station Spatiale Internationale. S'ajoute à cette difficulté le fait que les satellites sont aujourd'hui conçus pour être jetables. Il n'existe aucun moyen facile d'accéder ou de réparer les composants de satellites endommagés, et il n'existe aucune façon de remplir les réservoirs de propergol en orbite. Il n'est donc pas possible en l'état actuel de restaurer à un état opérationnel les satellites qui tombent en panne électrique. Dans le cas d'une défaillance technique, il est fort probable que le satellite fonctionne à un niveau réduit, ou que l'opérateur s'en débarrasse. En général le satellite est mis dans une orbite « cimetière » ou détruit délibérément pendant sa rentrée dans l'atmosphère. La présente invention propose de remédier à ce problème en augmentant la quantité d'énergie solaire captée par les panneaux solaires d'un satellite vieux ou endommagé. Augmenter l'énergie solaire captée par les panneaux solaires va augmenter la production d'énergie électrique à bord du satellite ciblé, rétablissant (ou augmentant) sa fonctionnalité sans intervention physique, ni technologies sensibles (tels que les lasers). Tous les satellites contiennent à la fois une charge utile et un « bus ». Les charges utiles concernent l'équipement nécessaire pour satisfaire les besoins spécifiques de la mission : par exemple les équipements optiques pour des missions d'observation. Un « bus satellite » est, lui, composé de tous les autres systèmes vitaux ; par exemple la production d'énergie, la propulsion et les équipements de communication. Les charges utiles sont nécessairement couplées à un bus satellite afin de créer un satellite complet. La présente invention va être considérée comme une charge utile pour un satellite, et sera décrite présentement. Voici le processus par lequel cette invention fournit de l'énergie solaire à un autre satellite : 1. La lumière du soleil est captée par un miroir parabolique qui reflète la lumière vers son focus. - 3 - 2. La lumière concentrée arrive à une lentille rectifiante, située dans le focus du miroir parabolique. 3. La lentille rectifiante redresse la lumière du soleil et la transfère dans des câbles optiques. 4. La lumière passe à travers les câbles optiques vers une lentille de focalisation. 5. La lentille de focalisation dirige la lumière concentrée sur les panneaux solaires du satellite ciblé. 6. Les panneaux solaires du satellite ciblé reçoivent la lumière supplémentaire et la convertissent en électricité. La présente invention est représentée conceptuellement dans la Figure 1, et est composée des éléments suivants: - Miroir parabolique (concave) primaire (1) - Une lentille rectifiante (2) - Câbles optiques (3) - Une lentille de focalisation (4) - Un bus satellite (y compris navigation & contrôle, propulsion, panneaux solaires, etc) (5) - La lumière naturelle (6) - La lumière naturelle concentrée (7) Dans les dessins qui se trouvent ci joint: La Figure 1 représente l'agencement conceptuel de la présente invention. La Figure 2 représente un agencement mathématique / géométrique de la présente invention, montrant la relation entre les miroirs, les lentilles, et le satellite cible / client. La représentation mathématique / géométrique de la présente invention illustrée dans la Figure 2 se réfère à la disposition de la figure 1. Ensemble, ils représentent seulement une voie possible dans laquelle l'invention peut être réalisée. La Figure 2 est géométriquement composée des éléments dans la liste suivante (néanmoins tous les éléments ne sont pas représentés graphiquement): - La lumière naturelle concentrée (7) - Lumière naturelle redressée du soleil (8) - f: distance focale de la surface des lentilles - 4 - - n: indice de réfraction du matériau de la lentille - R1: rayon de courbure de la surface proche de la source de lumière - R2: rayon de courbure de la surface le plus éloigné de la source lumineuse - dl: épaisseur de la lentille rectifiante (9) - d2: épaisseur de la lentille de focalisation (10) - d3: distance entre la surface de la première lentille et le point focal du miroir primaire (11) - Rm: rayon de courbure du miroir primaire (12) - Am: surface visible du miroir primaire, vue par la source lumineuse - Sfd: distance focale entre la lentille de focalisation et le satellite ciblé (13) - z: diamètre de la surface de la lentille nécessaire pour accepter toutes la lumière concentrée (14) - x: distance entre le bord du miroir et l'axe central de la courbure (15) - y: composante trigonométriques de Rm (16) - Satellite ciblé (17) La relation entre les propriétés physiques et la distance focale d'une lentille peut être modélisée en utilisant l'équation du fabricant de lentilles, donnée ici: 1[ 1 1 (n - 1)di - = (n - 1) Ri R2 nR1R2 Basée sur l'équation du fabricant de lentilles ainsi que sur les quantités mentionnées ci-dessus, la relation entre le miroir primaire et la première lentille peut être calculée par les équations suivantes: 1 Îi = (d32d1) 1 = (n - 1) [ 1 R i 1 d1) R 2 (n - 1)dil 1 nRiR2 (d3 - (n, R1 & R2 sont relatives à la première lentille) De même la relation entre la seconde lentille et le satellite à la clientèle / cible peut être calculée par les équations suivantes: 1 f2 = (Sfd d2) 25 - 5 - 11 (n - 1)d21 1 1 = (n - 1) - - RR2 + nRiR2 (Sfd d2) (n, R1 & R2 sont relative à la deuxième lentille) Le but principal de la présente invention est de fournir de l'énergie aux satellites ou autres objets spatiaux (robots, bases, stations spatiaux, etc.). Par contre il y a beaucoup d'autres utilisations possibles de cette application a partir des satellites en «fin de vie » & « endommagés » décrits précédemment dans ce texte. Voici la liste des utilisations possibles de l'invention : o Satellites endommagés o Satellites en approche de la fin de leur vie o Satellites déjà déclassés o Autres structures orbitales (habitables ou non) tels que l'ISS o Un réseau d'accélération pour les voiles solaires (en utilisant la lumière comme moyen de propulsion) o Miroir agrégat & additive pour un système de Space Based Solar Power o Contrôle des débris orbitaux grâce à la pression de photons (via la lumière du soleil concentrée) o Livraison d'énergie extraterrestre à d'autres objets spatiaux ou sites non décrits ici (vaisseaux spatiaux, stations spatiales, robots, bases planétaires, etc), extraterrestre étant défini ici comme quelque chose qui ne se trouve pas sur la surface de la Terre o Les futures applications de ce concept pourraient concerner la livraison de l'énergie lumineuse directement à la surface de la Terre. REVENDICATIONS1. Dispositif pour recueillir l'énergie solaire et la retransmettre à un autre satellite ou à un emplacement différent caractérisé en ce qu'il compose un système de charge utile qui est hébergé par un bus de satellite (5) et comporte un miroir primaire (1) lequel concentre l'énergie solaire sur une lentille rectifiant (2), à laquelle sont connectés des câbles optiques (3) qui transportent la lumière concentrée vers une lentille de focalisation (4) pour la retransmettre vers un satellite ou un emplacement différent (17). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir primaire (1) est un miroir parabolique ou équivalent qui pointe vers le soleil, et qui concentre l'énergie solaire au point focal de ce miroir, c'est-à-dire la lentille rectifiant (2).15