Le rêve de voyager dans un autre système stellaire, et peut-être même d'y trouver des mondes peuplés, préoccupe l'humanité depuis de nombreuses générations. Mais ce n'est qu'à l'ère de l'exploration spatiale que les scientifiques ont pu étudier différentes méthodes pour faire un voyage interstellaire. Alors que de nombreuses conceptions théoriques ont été proposées au fil des ans, beaucoup d'attention s'est récemment concentrée sur les sondes interstellaires propulsées par laser.
La première étude de conception, connue sous le nom de Project Dragonfly, a été hébergée par l'Initiative for Interstellar Studies (i4iS) en 2013. Le concept prévoyait l'utilisation de lasers pour accélérer une voile légère et un vaisseau spatial à 5% de la vitesse de la lumière, atteignant ainsi Alpha Centauri dans environ un siècle. Dans un article récent, l'une des équipes ayant participé au concours de design a évalué la faisabilité de leur proposition de voile légère et de voile magnétique.
Le document, intitulé «Project Dragonfly: Sail to the stars», a récemment été publié dans la revue scientifique Astra Astronautica. L'étude a été dirigée par Tobias Häfner, diplômé de l'Université Paul Sabatier (UPS) de Toulouse et ingénieur système actuel chez Open Cosmos Ltd. Il a été rejoint par des membres d'Oxford Space Systems, de la Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), et AKKA Technologies.
En ce qui concerne les concepts de mission interstellaire, l'un des plus gros obstacles a toujours été le temps de trajet. Comme nous l'avons montré dans un article précédent, il faudrait de 1000 à 81 000 ans pour utiliser Alpha Centauri en utilisant la technologie actuelle. Bien qu'il existe plusieurs méthodes théoriques qui pourraient offrir des temps de trajet plus courts, elles impliquent soit de la physique qui n'a pas encore été prouvée, soit un coût prohibitif.
D'où l'attrait d'une voile légère, qui profite des récents développements de la miniaturisation pour créer un vaisseau spatial plus petit et moins cher. Un autre avantage, au moins théoriquement, est qu'un tel vaisseau spatial pourrait être accéléré à une fraction de la vitesse de la lumière, et serait donc en mesure de couvrir la grande distance entre notre système solaire et l'étoile la plus proche en quelques décennies ou un seul siècle .
Comme indiqué, l'i4iS - une organisation bénévole qui se consacre à faire du voyage spatial interstellaire une réalité dans un proche avenir - a lancé la première étude de conception conceptuelle pour les voiles lumineux en 2013. Elle a été suivie en 2014 par un concours pour concevoir un vaisseau spatial qui serait être capable d'atteindre Alpha Centauri en 100 ans en utilisant les technologies existantes ou à court terme.
Les quatre finalistes ont présenté leurs conceptions lors d'un atelier organisé à la British Interplanetary Society en juillet 2015. Le concept soumis par l'équipe technique de l'Université de Munich a gagné, qui a ensuite lancé une campagne Kickstarter pour collecter des fonds pour leur conception. Le design soumis par l'équipe de l'Université de Californie à San Diego a par la suite évolué vers le design du Breakthrough Initiatives Breakthrough Starshot.
L'auteur principal Hafner et ses collègues faisaient partie de l'équipe CranSEDS, composée d'ingénieurs et de scientifiques de l'Université de Cranfield au Royaume-Uni, du Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) en Russie et d'UPS en France. Dans cette dernière étude, lui et certains de ses anciens membres de l'équipe ont présenté leur concept de mission dans le cadre d'une étude de faisabilité.
Pour les besoins de cette étude, ils ont examiné tous les aspects de l'architecture de mission d'une voile légère. Cela variait de la taille de la voile, des matériaux utilisés pour la construire, de la taille de l'ouverture du laser, du positionnement du laser, du poids de l'engin spatial et de la méthode utilisée par l'engin spatial pour décélérer une fois qu'il était proche de sa destination.
En fin de compte, l'architecture de la mission qu'ils ont élaborée prévoyait l'utilisation de 100 GW de puissance laser pour accélérer un vaisseau spatial de 2750 kg (~ 6000 lb) à 5% de la vitesse de la lumière - ce qui se traduit par un temps de trajet d'environ un siècle pour Alpha Centauri. La voile serait composée d'une monocouche de graphène mesurant 29,4 km de diamètre (18,26 mi), nécessitant ainsi un laser avec une ouverture de 29,4 km (18,26 mi) de diamètre.
Ce laser serait placé au voisinage du Soleil (soit au point Terre-Soleil L1 Lagrange ou en orbite Cislunar) et serait alimenté par des panneaux solaires massifs. Afin de ralentir, le vaisseau spatial larguerait la voile légère et déploierait une voile magnétique composée de fils métalliques. Cette voile formerait une structure en boucle d'environ 35 km (22 mi) de diamètre et pesant 1000 kg (2200 lb).
Une fois déployée, la voile magnétique intercepterait le plasma du milieu interstellaire et le vent solaire d'Alpha Centauri pour décélérer et pénétrer dans le système. Cette architecture, concluent-ils, permettrait d'atteindre un équilibre entre la masse et la vitesse, permettrait à la mission d'atteindre Alpha Centauri en un peu plus de 100 ans et lui permettrait de mener des opérations scientifiques à son arrivée.
Comme ils l'indiquent dans leur étude, ce type d'architecture de mission offre de nombreux avantages, dont le moindre n'est pas le fait qu'un plus grand vaisseau spatial serait capable de transporter plus d'instruments et de recueillir plus de données scientifiques qu'un vaisseau spatial à l'échelle gramme. (comme avec Breakthrough Starshot's StarChip). Comme ils l'ont conclu:
"[Les voiles laser et magnétiques] ont l'avantage qu'aucun propulseur ne doit être transporté dans le vaisseau spatial ... La mission est basée sur des technologies qui sont actuellement disponibles ou en cours de développement, mais nécessiteraient des améliorations importantes pour réellement construire l'infrastructure spatiale requise ... Avec une ligne de base de mission multi-vaisseaux spatiaux, le système laser est utilisé sur une période de temps raisonnable. Les leçons apprises et les données recueillies du premier vaisseau spatial pourraient être utilisées pour améliorer les suivantes. »
Ils reconnaissent également les défis qu'une telle mission entraînerait, notamment la nécessité de disposer de structures kilométriques dans l'espace. De telles structures devraient être construites en orbite, ce qui nécessiterait d’abord le développement d’installations de fabrication orbitale. Et bien sûr, le laser et d'autres systèmes cruciaux devront être affinés et développés. Néanmoins, le concept, selon leur étude, est réalisable et techniquement valable.
Certains, cependant, ont des doutes. Par exemple, il y a le Dr Claudius Gros, physicien théoricien de l'Institut de physique théorique de l'Université Goethe de Francfort. Gros est un partisan de longue date de l'utilisation de la technologie des voiles laser pour la construction d'un vaisseau spatial interstellaire et a mené des travaux théoriques sur l'utilisation de voiles magnétiques pour ralentir un tel vaisseau spatial.
Il est également le fondateur de Project Genesis, une proposition visant à envoyer des vaisseaux spatiaux à voile laser équipés de fabriques de gènes ou de gousses cryogéniques vers d'autres systèmes stellaires, où ils distribueraient la vie microbienne à des «exoplanètes transitoirement habitables - c'est-à-dire des planètes capables de soutenir la vie, mais ne sont pas susceptibles de le provoquer par eux-mêmes. Comme il l'a exprimé à Space Magazine par e-mail:
“En ce qui concerne la décélération avec un champ magnétique, cela n'est en fait pas possible dans les paramètres supposés. Il faudrait une voile magnétique pesant plusieurs centaines de tonnes pour faire le travail lorsque l'engin navigue à 5% de la vitesse de la lumière et lorsqu'il doit s'arrêter dans les 20 ans, comme le présume le présent document. Pour accélérer un engin aussi lourd, des systèmes de lancement beaucoup plus solides seraient nécessaires. »
Le concept d'utiliser des lasers ou des voiles solaires pour effectuer des missions interstellaires a des racines profondes. Cependant, ce n'est qu'au cours des dernières années que les efforts pour créer de tels engins spatiaux se sont vraiment réunis. À l'heure actuelle, il existe de nombreux concepts qui offrent différentes architectures de missions, qui ont toutes leur part de défis et d'avantages.
Avec plusieurs propositions en cours de développement - dont la proposition de Haefner et de son collègue, le concept Dragonfly du ii4S et Breakthrough Starshot - il sera très intéressant de voir lequel (le cas échéant) des concepts actuels de voile légère tentera de faire le voyage vers Alpha Centauri dans les décennies à venir.
Sera-ce celui qui arrivera au cours de notre vie, ou celui qui sera capable de renvoyer davantage de données scientifiques? Ou pourrait-il s'agir d'une combinaison des deux, une sorte d'accord à court terme / à long terme? Dur à dire. Le fait est que le rêve de monter une mission interstellaire peut ne pas rester un rêve très longtemps.
