La propulsion électromagnétique pourrait nous emmener à l'héliopause à une vitesse impossible à atteindre par les engins spatiaux conventionnels. Source :NASA Depuis des décennies, les seuls moyens de voyager dans l'espace ont été les moteurs de fusée fonctionnant à propulsion chimique. Maintenant, au début du 21ème siècle, les ingénieurs aérospatiaux conçoivent des moyens innovants pour nous emmener vers les étoiles, y compris la propulsion légère, propulsion par fusion nucléaire et propulsion par antimatière. Un nouveau type de vaisseau spatial dépourvu de tout propulseur est également proposé. Ce type de vaisseau spatial, qui serait secoué dans l'espace par des électro-aimants, pourrait nous mener plus loin que n'importe laquelle de ces autres méthodes.
Lorsqu'il est refroidi à des températures extrêmement basses, les électro-aimants présentent un comportement inhabituel :pendant les premières nanosecondes après leur application de l'électricité, ils vibrent. David Goodwin , un gestionnaire de programme à l'Office of High Energy and Nuclear Physics du département de l'Énergie des États-Unis, propose que si cette vibration peut être contenue dans une direction, il pourrait fournir une secousse suffisante pour envoyer un vaisseau spatial plus loin et plus rapidement dans l'espace que toute autre méthode de propulsion en développement.
Goodwin a été invité à présenter son idée lors d'une conférence conjointe sur la propulsion le 8 juillet, 2001, à Salt Lake City, Utah. Dans cette édition de Comment les choses fonctionneront , vous verrez comment fonctionne le système de propulsion électromagnétique de Goodwin et comment il pourrait envoyer des engins spatiaux profondément dans l'espace.
Le cœur du système est le sur-refroidi, électroaimant de type solénoïde et la plaque métallique qui provoque une asymétrie dans le champ magnétique. Le département américain de l'Énergie (DOE) n'est généralement pas chargé de développer des systèmes de propulsion pour la NASA, mais il travaille continuellement sur des aimants supraconducteurs meilleurs et très rapides, haute puissance commutateurs à semi-conducteurs . Au milieu des années 90, Goodwin a présidé une session pour le Breakthrough Propulsion Physics Project de la NASA, qui travaille à la conception de systèmes de propulsion sans ergols, utiliser un système à très haute énergie et peut éventuellement vaincre l'inertie.
"Il semblait qu'il devrait y avoir un moyen d'utiliser cette technologie que [les scientifiques du DOE] développaient pour aider la NASA à atteindre leurs objectifs, et c'est essentiellement issu de là, " Goodwin a dit. Ce qui a jailli de la recherche du DOE était l'idée de Goodwin pour un système de propulsion spatiale qui utilise super-refroidi, aimants supraconducteurs vibrant 400, 000 fois par seconde. Si cette impulsion rapide peut être dirigée dans une direction, il pourrait créer un système de propulsion spatiale très efficace avec la capacité d'atteindre des vitesses de l'ordre d'une fraction de 1 % de la vitesse de la lumière.
Pendant les 100 premières nanosecondes (milliardièmes de seconde) d'une montée en puissance d'un électro-aimant, l'électroaimant est dans un état non stationnaire qui lui permet de pulser très rapidement. Après la montée en puissance, le champ magnétique atteint un état stable et aucune pulsation ne se produit. Goodwin décrit l'électroaimant qu'il utilise comme solénoïde , qui est essentiellement un fil magnétique supraconducteur enroulé autour d'un cylindre métallique. La structure entière aura un diamètre de 1 pied (30,5 cm), une hauteur de 3 pieds (91,4 cm) et un poids de 55,12 livres (25 kg). Le fil utilisé pour ce système de propulsion est un alliage niobium-étain . Plusieurs de ces brins de fil seront enroulés dans un câble. Cet électro-aimant est ensuite sur-refroidi avec de l'hélium liquide à 4 degrés Kelvin (-452,47 F / -269,15 C).
Pour que l'aimant vibre, vous devez provoquer une asymétrie dans le champ magnétique. Goodwin prévoit d'introduire délibérément un plaque de métal dans le champ magnétique pour améliorer le mouvement de vibration. Cette plaque serait soit en cuivre, aluminium ou fer. Les plaques d'aluminium et de cuivre sont de meilleurs conducteurs et ont un effet plus important sur le champ magnétique. La plaque serait chargée et isolée du système pour créer le asymétrie . Ensuite, la plaque serait vidée de son électricité en quelques microsecondes (millionièmes de seconde) avant que l'aimant ne soit autorisé à osciller dans la direction opposée.
"Maintenant, le hic, c'est pouvons-nous utiliser cette condition d'état non stationnaire de manière à ce qu'elle ne se déplace que dans une direction ?", a déclaré Goodwin. "Et c'est là qu'il est très incertain que cela puisse être fait. C'est pourquoi nous aimerions faire une expérience pour le savoir." Avec la coopération de Boeing, Goodwin recherche un financement de la NASA pour réaliser une telle expérience.
La clé du système est la commutateur à semi-conducteurs qui servirait de médiateur à l'électricité envoyée de l'alimentation à l'électro-aimant. Cet interrupteur allume et éteint essentiellement l'électro-aimant 400, 000 fois par seconde. Un commutateur à semi-conducteurs ressemble à une puce informatique surdimensionnée - imaginez un microprocesseur de la taille d'une rondelle de hockey. Son travail consiste à prendre la puissance en régime permanent et à la convertir en une puissance très rapide, impulsion haute puissance 400, 000 fois par seconde à 30 ampères et 9, 000 volts.
Dans la section suivante, vous apprendrez d'où le système tire son énergie et comment il peut envoyer de futurs vaisseaux spatiaux au-delà de notre système solaire.
Le département américain de l'Énergie travaille également sur des plans pour un réacteur spatial nucléaire pour la NASA. Goodwin pense que ce réacteur pourrait être utilisé pour alimenter le système de propulsion électromagnétique. Le DOE s'efforce d'obtenir un financement de la NASA, et un réacteur de 300 kilowatts pourrait être prêt d'ici 2006. Le système de propulsion serait configuré pour convertir l'énergie thermique générée par le réacteur en énergie électrique.
"Pour l'espace lointain, Mars et au-delà, vous avez à peu près besoin de devenir nucléaire si vous voulez déplacer une masse, " a déclaré Goodwin.
Le réacteur produira de l'électricité grâce au processus de fission nucléaire induite, qui génère de l'énergie en divisant des atomes (comme les atomes d'uranium-235). Lorsqu'un seul atome se divise, il libère de grandes quantités de chaleur et de rayonnement gamma. Une livre (0,45 kg) d'uranium hautement enrichi, comme celui utilisé pour propulser un sous-marin nucléaire ou un porte-avions nucléaire, équivaut à environ 1 million de gallons (3,8 millions de litres) d'essence. Une livre d'uranium n'a que la taille d'une balle de baseball, il pourrait donc propulser un vaisseau spatial pendant de longues périodes sans prendre beaucoup de place dessus. Ce genre d'énergie nucléaire, un vaisseau spatial à propulsion électromagnétique serait capable de parcourir des distances incroyablement grandes.
L'énergie thermique d'un réacteur nucléaire pourrait être convertie en électricité pour alimenter le vaisseau spatial.
"Tu ne pouvais pas atteindre l'étoile la plus proche, mais tu pourrais regarder les missions à l'héliopause, " Goodwin a déclaré. " Si cela a extrêmement bien fonctionné, il pourrait atteindre des vitesses d'une fraction de 1 pour cent de la vitesse de la lumière. Même à ça, il faudrait des centaines d'années pour atteindre l'étoile la plus proche, ce qui est encore impraticable."
Les héliopause est le point auquel le vent solaire du soleil rencontre le vent solaire interstellaire créé par les autres étoiles. Il est situé à environ 200 unités astronomiques (AU) du soleil (l'emplacement exact de l'héliopause est inconnu). Une UA est égale à la distance moyenne du Soleil à la Terre, ou environ 93 millions de miles (150 millions de km). En comparaison, Pluton est à 39,53 UA du soleil.
Pour déplacer les gens, il faudrait construire un appareil beaucoup plus gros, mais le diamètre de 1 pied, L'électromagnétique de 3 pieds de haut pourrait pousser petit, vaisseau spatial sans pilote comme une sonde interstellaire à des distances très lointaines. Le système est très efficace, selon Goodwin, et il met beaucoup de puissance à travers un supraconducteur. La question est de savoir si les scientifiques peuvent convertir cette puissance en propulsion sans détruire l'aimant. La vibration rapide amènerait probablement l'aimant au bord de sa force.
Les sceptiques d'un tel système disent que tout ce que Goodwin accomplira est de faire vibrer l'aimant très rapidement, mais ça n'ira nulle part. Goodwin admet qu'il n'y a encore aucune preuve que son système de propulsion fonctionnera. "C'est hautement spéculatif, et pendant mes jours les plus follement optimistes, Je pense qu'il y a une chance sur 10 que ça marche, " dit Goodwin. Bien sûr, il y a 100 ans, les gens pensaient que nous avions encore moins de chances d'aller dans l'espace.
