Les fusées conventionnelles sont coincées dans un paradoxe. Vous avez besoin de carburant pour vous déplacer. Le carburant a du poids. Le poids a besoin de plus de carburant pour être soulevé. C’est un cycle qui nous limite au système solaire interne et fait ressembler les voyages interstellaires à de la science-fiction.
Mais et si vous n’aviez pas à porter votre propre élan ?
Une nouvelle revue publiée dans Acta Astronautica examine les technologies de voyage spatial sans propulseur qui ignorent cette contrainte. Au lieu de brûler des produits chimiques, ces vaisseaux spatiaux volent l’élan de leur environnement. Planètes. Soleil. Particules chargées. Ils ne portent pas le feu. Ils surfent simplement.
Voici comment nous pourrions laisser la Terre derrière nous sans trimballer des réservoirs d’hydrazine dans le vide.
Gravity Assists : échange de timing contre du carburant
Nous savons déjà comment tromper l’équation de la fusée. C’est ce qu’on appelle une assistance gravitationnelle.
Les ingénieurs envoient une sonde survoler une planète selon un angle précis. Le vaisseau spatial plonge dans le puits gravitationnel de la planète et tourne autour de lui. Il absorbe une infime partie de la vitesse orbitale de la planète. La planète perd une énergie négligeable. La sonde reçoit un énorme coup de pouce.
Voyager 1 et 2 l’ont fait. Ils ont frappé Jupiter. Puis Saturne. Uranus. Neptune. Aucun carburant brûlé pour ces gains de vitesse importants. Juste de la physique et du timing.
Le problème ? Les planètes ne s’alignent pas pour vous.
Les aides gravitationnelles sont une affaire unique. Vous avez besoin d’une fenêtre spécifique. Manquez la date de lancement et vous manquez le boost. Vous ne pouvez pas simplement diriger un engin assisté par gravité où vous le souhaitez. Les itinéraires sont rigides. Rare. Restrictif.
Voiles solaires : poussées par les photons
Si la gravité est trop exigeante, essayez la lumière du soleil.
La propulsion d’engins spatiaux sans propulseur utilisant des voiles solaires est passée de la théorie à la réalité. La mission japonaise IKAROS en 2010 l’a prouvé. La sonde a déployé une membrane massive. La lumière du soleil l’a frappé. Photons réfléchis. Le reflet créait une pression. Pousser.
Ce n’est pas beaucoup de pression. C’est continu. Aucune consommation de carburant. IKAROS est arrivé à Vénus.
Les voiles solaires ont cependant des défauts. Le matériau est énorme et fin. Pensez bavard. Un impact de micrométéoroïde pourrait percer un trou dans votre moteur. Et il y a un autre problème : la distance. La lumière du soleil diminue avec le carré de la distance à la source. Éloignez-vous suffisamment et votre voile devient un cerf-volant en un rien de temps. La poussée disparaît.
Voiles magnétiques : dévier le vent solaire
Les photons sont faibles. Et les particules ?
Le Soleil souffle un flux de plasma chargé appelé vent solaire. Les voiles magnétiques prévoient d’attraper ça. Au lieu d’un miroir physique, ils utilisent une boucle supraconductrice pour créer une bulle magnétique. Les particules chargées du vent frappent la bulle. Ils dévient. La conservation de l’élan donne un coup de pouce à la voile.
Cela sonne mieux que les voiles solaires. Cela ne repose pas sur la réflexion. Il ne se dégradera pas de la même manière à cause des dommages causés par les UV ou de la poussière. Cela fonctionne théoriquement plus loin du Soleil.
Alors pourquoi n’en avons-nous pas construit un ?
La taille. La boucle supraconductrice aurait besoin d’un rayon allant jusqu’à 50 kilomètres. Cinquante kilomètres. De fil supraconducteur. Cela doit rester gelé à des températures cryogéniques dans l’espace. Nous ne pouvons pas fabriquer cela. Nous ne pouvons pas le déployer. Nous ne pouvons pas le refroidir.
Voiles électriques : l’option magnétique la moins chère
Les champs magnétiques sont lourds et coûteux. La charge est plus légère.
Une voile électrique (E-sail) utilise de longs fils chargés. Généralement des dizaines de kilomètres d’attaches. Les fils repoussent les protons du vent solaire. C’est comme un modèle à électricité statique d’une voile magnétique.
L’avantage est la masse. Vous n’avez pas besoin de boucles supraconductrices lourdes. Vous avez juste besoin d’un fil conducteur de lumière.
L’inconvénient est la puissance et la fragilité. Il faut suffisamment de tension pour maintenir le champ électrique sur ces dizaines de kilomètres. Les fils sont fragiles. Une collision avec des débris spatiaux les détruit. Si le circuit se coupe, vous arrêtez de bouger.
Chaque technologie troque la complexité technique contre l’accès à l’énergie gratuite dans le vide.
Quelle méthode de propulsion vous convient le mieux ?
Il n’y a pas de gagnant ici. Encore.
Le choix dépend de la mission. Besoin d’un tir rapide vers Mars en utilisant la technologie existante ? Utilisez des fusées chimiques avec des aides gravitationnelles. Vous voulez un voyage régulier et bon marché vers un objet de la ceinture d’astéroïdes ? Peut-être une voile solaire, si vous parvenez à construire le miroir.
Vous cherchez plus loin ? Le système solaire externe est sombre et froid. Décrochage des voiles solaires. Vous avez besoin du vent solaire. Mais les voiles magnétiques nécessitent une technologie que nous n’avons pas inventée. Les voiles électriques sont plausibles mais non testées à grande échelle.
Les concepts de vols spatiaux sans propulseur remettent en question l’hypothèse selon laquelle vous devez brûler pour partir. Ils obligent les ingénieurs à considérer les structures comme des systèmes de propulsion. Énorme. Fragile. Élégant.
L’examen suggère que nous les considérions non pas comme des alternatives, mais comme une boîte à outils. Utilisez la gravité pour soulever des objets lourds. Voiles pour le cabotage.
Les étoiles sont encore loin. Mais peut-être n’avons-nous pas besoin de plus de carburant pour y arriver. Nous avons juste besoin de toiles plus grandes pour capter la lumière.
Ou le vent.
Qui sait ? Nous sommes toujours sur le terrain.
