La loi de l'inverse du carré
L'irradiance solaire (flux d'énergie par unité de surface) obéit à la loi de l'inverse du carré de la distance : I = L / (4πr²), où L est la luminosité du Soleil et r la distance. En pratique, I = 1361 / d², où d est la distance en unités astronomiques (UA). À 2 UA, l'irradiance est divisée par 4. À 10 UA, par 100. C'est pourquoi les missions vers les planètes extérieures utilisent des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) plutôt que des panneaux solaires.
L'énergie solaire sur les différentes planètes
Mercure (0,387 UA) reçoit 9 083 W/m², soit 6,7 fois plus que la Terre. Vénus (0,723 UA) reçoit 2 601 W/m². La Terre reçoit 1 361 W/m² (constante solaire). Mars reçoit 586 W/m², suffisant pour les panneaux solaires des rovers. Jupiter ne reçoit que 50 W/m², et Saturne 15 W/m². Au-delà de Jupiter, les panneaux solaires deviennent inefficaces pour la plupart des missions, bien que la sonde Juno utilise des panneaux très grands autour de Jupiter.
Implications pour les panneaux solaires dans l'espace
Les panneaux solaires spatiaux ont un rendement typique de 30% (cellules GaAs). L'ISS, avec ses 2 500 m² de panneaux, produit environ 240 kW en orbite terrestre. Sur Mars, un même panneau produirait 43% de cette puissance. La sonde Juno autour de Jupiter dispose de 60 m² de panneaux mais ne produit que 486 W. La mission JUICE vers Jupiter utilise 85 m² de panneaux pour environ 820 W. Au-delà de Saturne, les RTG au plutonium-238 sont la seule option viable.