Le rêve de voyager dans un autre système stellaire, et peut-être même y trouver des mondes peuplés, est celui qui a préoccupé l'humanité depuis de nombreuses générations. Mais ce n'est qu'à l'ère de l'exploration spatiale que les scientifiques ont pu étudier diverses méthodes pour effectuer un voyage interstellaire. Bien que de nombreuses conceptions théoriques aient été proposées au fil des ans, Dernièrement, beaucoup d'attention s'est portée sur les sondes interstellaires propulsées par laser.

La première étude de conception, connu sous le nom de Project Dragonfly a été hébergé par l'Initiative for Interstellar Studies (i4iiS) 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 qui ont participé au concours de conception a évalué la faisabilité de leur proposition de voile légère et de voile magnétique.

Le papier, intitulé « Projet Dragonfly : Voile vers les étoiles », " a été récemment publié dans la revue scientifique Astra Astronautica . L'étude a été dirigée par Tobias Häfner, diplômé de l'Université Paul Sabatier (UPS) Toulouse et actuel ingénieur système chez Open Cosmos Ltd. Il a été rejoint par des membres d'Oxford Space Systems, la Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), et AKKA Technologies.

En ce qui concerne les concepts de mission interstellaire, l'une des plus grandes pierres d'achoppement a toujours été le temps de trajet impliqué. Comme nous l'avons montré dans un article précédent, cela prendrait n'importe où de 1, 000 à 81, 000 ans en utilisant la technologie actuelle pour arriver à Alpha Centauri. Bien qu'il existe plusieurs méthodes théoriques qui pourraient offrir des temps de trajet plus courts, ils impliquent soit une physique qui n'a pas encore été prouvée, soit un coût prohibitif.

D'où l'attrait d'une voile de lumière, qui profite des récents développements en matière de 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 capable de couvrir la vaste 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 pour les voiles lumineuses en 2013. Cela a été suivi en 2014 par un concours pour concevoir un vaisseau spatial qui serait capable de atteindre Alpha Centauri d'ici 100 ans en utilisant des 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 de l'Université technique de Munich a remporté, qui a ensuite lancé une campagne Kickstarter pour collecter des fonds pour leur conception. La conception soumise par l'équipe de l'Université de Californie, San Diego, a ensuite évolué vers la conception de Breakthrough Initiatives' Breakthrough Starshot.

L'auteur principal Hafner et ses collègues faisaient partie de l'équipe CranSEDS, composé d'ingénieurs et de scientifiques de l'Université de Cranfield au Royaume-Uni, l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo (Skoltech) en Russie, et 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 le bien de cette étude, ils ont considéré tous les aspects de l'architecture de mission d'une voile lumineuse. Cela allait de la taille de la voile, les matériaux utilisés pour le construire, la taille de l'ouverture laser, le positionnement du laser, le poids de l'engin spatial, et la méthode utilisée par le vaisseau spatial pour décélérer une fois qu'il s'est approché de sa destination.

À la fin, l'architecture de la mission qu'ils ont proposée nécessitait l'utilisation de 100 GW de puissance laser pour accélérer un vaisseau spatial de 2 750 kg (~ 6 000 lb) à 5 % de la vitesse de la lumière, ce qui a entraîné un temps de trajet d'environ un siècle jusqu'à 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 de Lagrange Terre-Soleil L1 soit en orbite cislunaire) et serait alimenté par des panneaux solaires massifs. Pour décélérer, le vaisseau spatial larguerait la voile légère et déploierait une voile magnétique constituée 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 déployé, la voile magnétique intercepterait le plasma du milieu interstellaire et le vent solaire d'Alpha Centauri pour décélérer et entrer dans le système. Cette architecture, ils concluent, permettrait d'atteindre un équilibre entre la masse et la vitesse, permettre à la mission d'atteindre Alpha Centauri dans un peu plus de 100 ans, et lui permettre 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, le moindre n'est pas le fait qu'un vaisseau spatial plus grand serait capable de transporter plus d'instruments et de recueillir plus de données scientifiques qu'un vaisseau spatial à l'échelle du gramme (comme avec le StarChip de Breakthrough Starshot). Comme ils ont conclu :

"Les [voiles laser et magnétiques] ont l'avantage qu'aucun propulseur n'a besoin d'être transporté dans le vaisseau spatial… La mission est basée sur des technologies actuellement disponibles ou en cours de développement, mais aurait besoin d'améliorations importantes pour réellement construire l'infrastructure spatiale requise… Avec une base de mission multi-engins spatiaux, le système laser est utilisé sur une période de temps raisonnable. Les leçons apprises et les données recueillies à partir du premier vaisseau spatial pourraient être utilisées pour améliorer les suivants. »

Ils reconnaissent également les défis qu'une telle mission entraînerait, qui incluent le besoin de structures de la taille d'un kilomètre dans l'espace. De telles structures devraient être construites en orbite, ce qui nécessiterait d'abord le développement d'installations de fabrication orbitales. Et bien sûr, le laser et d'autres systèmes cruciaux devront être affinés et développés davantage. Néanmoins, le concept, selon leur étude, est faisable et techniquement valable.

Certains, cependant, ont leurs doutes. Par exemple, il y a le Dr Claudius Gros, un 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 construire 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 d'envoyer des engins spatiaux à voile laser équipés d'usines de gènes ou de nacelles cryogéniques vers d'autres systèmes stellaires, où ils distribueraient la vie microbienne aux « exoplanètes transitoirement habitables - c'est-à-dire des planètes capables de supporter la vie, mais n'est pas susceptible d'y donner naissance par eux-mêmes. Comme il l'a exprimé à Universe Today par e-mail :

"Concernant 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 pour cent de la vitesse de la lumière et lorsqu'il doit s'arrêter dans les 20 ans, comme supposé dans le présent document. Pour accélérer un engin aussi lourd, des systèmes de lancement beaucoup plus puissants seraient nécessaires."

Le concept d'utilisation de lasers ou de voiles solaires pour effectuer des missions interstellaires a des racines profondes. Cependant, ce n'est que ces dernières années que les efforts pour créer de tels engins spatiaux se sont vraiment concrétisés. Maintenant, il existe de nombreux concepts qui proposent différentes architectures de missions, qui ont toutes leur part de défis et d'avantages.

Avec plusieurs propositions en cours d'élaboration - qui comprend la proposition de Haefner et de son collègue, le concept Dragonfly de ii4S et Breakthrough Starshot - il sera très intéressant de voir lequel (le cas échéant) des concepts de voiles lumineux actuels tentera de faire le voyage vers Alpha Centauri dans les décennies à venir.

Sera-ce celui qui y arrivera de notre vivant, ou celui qui est capable de renvoyer plus de données scientifiques ? Ou pourrait-il s'agir d'une combinaison des deux, une sorte d'accord à court/long terme ? Dur à dire. Le point est, le rêve de monter une mission interstellaire peut ne pas rester un rêve très longtemps.