Les voiles solaires utilisent l'énergie du soleil pour propulser des engins spatiaux à travers le cosmos. Voir plus de photos de l'exploration spatiale. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA Des centaines de missions spatiales ont été lancées depuis la dernière mission lunaire, y compris plusieurs sondes spatiales lointaines qui ont été envoyées aux confins de notre système solaire. Cependant, nos voyages dans l'espace ont été limités par la puissance des moteurs de fusée chimiques et la quantité de carburant de fusée qu'un vaisseau spatial peut transporter. Aujourd'hui, le poids d'une navette spatiale au lancement est d'environ 95 pour cent de carburant. Que pourrions-nous accomplir si nous pouvions réduire nos besoins en carburant et en réservoirs qui le contiennent ?
Les agences spatiales internationales et certaines entreprises privées ont proposé de nombreux moyens de transport qui nous permettraient d'aller plus loin, mais une mission spatiale habitée doit encore aller au-delà de la lune. La plus réaliste de ces options de transport spatial appelle à l'élimination du carburant de fusée et des moteurs de fusée - en les remplaçant par des voiles. Oui, C'est vrai, voiles.
La NASA est l'une des organisations qui a étudié cette technologie étonnante appelée voiles solaires qui utilisera la puissance du soleil pour nous envoyer dans l'espace lointain. Dans cet article, HowStuffWorks vous montre comment l'idée de la voile solaire s'est développée, où la NASA et d'autres testent cette technologie et à quelle distance et à quelle vitesse les voiles solaires pourraient nous emmener dans l'univers.
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Un seul quadrant, Le système de voile solaire de 10 mètres est entièrement déployé dans une chambre à vide de 50 pieds de diamètre au Langley Research Center de la NASA à Hampton, Va. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/Able Engineering Il y a près de 400 ans, comme une grande partie de l'Europe était encore impliquée dans l'exploration navale du monde, Johannes Kepler a proposé l'idée d'explorer la galaxie à l'aide de voiles. Grâce à son observation que les queues des comètes ont été soufflées par une sorte de brise solaire, il croyait que les voiles pouvaient capturer ce vent pour propulser les vaisseaux spatiaux de la même manière que les vents déplacent les navires sur les océans. Alors que l'idée de Kepler d'un vent solaire a été réfutée, les scientifiques ont depuis découvert que la lumière du soleil exerce une force suffisante pour déplacer les objets. Pour profiter de cette force, La NASA a expérimenté des voiles solaires géantes qui pourraient être poussées à travers le cosmos par la lumière.
Il y a trois composants dans un vaisseau spatial à voile solaire :
Un vaisseau spatial à voile solaire n'a pas besoin de propulseur traditionnel pour son alimentation, car son propulseur est la lumière du soleil et le soleil est son moteur. La lumière est composée de rayonnement électromagnétique qui exerce une force sur les objets avec lesquels elle entre en contact. Des chercheurs de la NASA ont découvert qu'à 1 unité astronomique (UA), qui est la distance du Soleil à la Terre, égal à 93 millions de miles (150 millions de km), la lumière du soleil peut produire environ 1,4 kilowatt (kw) de puissance. Si vous prenez 1,4 kw et le divisez par la vitesse de la lumière, vous constaterez que la force exercée par le soleil est d'environ 9 newtons (N)/mile carré (c'est-à-dire, 2 livres/km 2 ou 0,78 lb/mi 2 ). En comparaison, un moteur principal de navette spatiale peut produire 1,67 million de N de force au décollage et 2,1 millions de N de poussée dans le vide. Finalement, cependant, la force continue de la lumière du soleil sur une voile solaire pourrait propulser un vaisseau spatial à des vitesses cinq fois plus rapides que les fusées traditionnelles.
Maintenant, Regardons de plus près ces voiles.
Déploiement et lancementL'équipe de propulsion des voiles solaires de la NASA et partenaire industriel, Able Engineering a déployé avec succès son système de voile solaire au Langley Research Center pendant une période de test de cinq semaines d'avril à mai 2004. Ensuite, en juillet 2004, L'équipe de propulsion des voiles solaires de la NASA et partenaire industriel, L'Garde, Inc., a également vu le déploiement réussi de leur système de voile solaire au Glenn Research Center.
En août 2004, deux grandes voiles solaires ont été lancées et déployées dans l'espace par l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale.
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Un système de voile solaire à quatre quadrants créé par l'équipe de propulsion de voile solaire de la NASA au Marshall Space Flight Center à Huntsville, Ala., et son partenaire industriel, L'Garde, Inc. est entièrement déployé dans une chambre à vide de 100 pieds de diamètre au Glenn Research Center de la NASA. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/L'Garde Alors que les voiles solaires ont déjà été conçues (la NASA avait un programme de voiles solaires dans les années 1970), les matériaux disponibles jusqu'à la dernière décennie environ étaient beaucoup trop lourds pour concevoir un voilier solaire pratique. En plus d'être léger, le matériau doit être hautement réfléchissant et capable de tolérer des températures extrêmes. Les voiles géantes testées par la NASA aujourd'hui sont faites de très léger, matériau réfléchissant qui est jusqu'à 100 fois plus mince qu'une feuille de papeterie moyenne. Ce "aluminisé, matériau résistant à la température" est appelé CP-1 . Une autre organisation qui développe la technologie des voiles solaires, la Planetary Society (une société privée, groupe à but non lucratif basé à Pasadena, Californie), soutient le Cosmos 1 , qui possède des voiles solaires en Mylar renforcé d'aluminium et dont l'épaisseur est environ un quart de l'épaisseur d'un sac poubelle en plastique monocouche.
La nature réfléchissante des voiles est la clé. Lorsque les photons (particules lumineuses) rebondissent sur le matériau réfléchissant, ils poussent doucement la voile en transférant l'élan à la voile. Parce qu'il y a tellement de photons de la lumière du soleil, et parce qu'ils frappent constamment la voile, il y a une pression constante (force par unité de surface) exercée sur la voile qui produit une accélération constante de l'engin spatial. Bien que la force d'un vaisseau spatial à voile solaire soit inférieure à celle d'une fusée chimique conventionnelle, comme la navette spatiale, le vaisseau spatial à voile solaire accélère constamment au fil du temps et atteint une vitesse plus élevée.
Vous vous demandez peut-être ce qui se passe lorsque le vaisseau spatial se trouve loin de la lumière du soleil. Un laser embarqué pourrait prendre le relais pour assurer la propulsion nécessaire aux voiles.
Énergie solaire - vérifier. Voiles solaires - vérifier. Mais comment amener les voiles et leur vaisseau spatial dans l'espace ? Nous allons jeter un coup d'oeil.
Vous voulez des trous dans la voile ?Les Johnson, du Centre de vol spatial Marshall, détient un rigide, matériau léger en fibre de carbone qui a donné à de nombreux scientifiques de la voile solaire une réflexion. Cette fibre s'écartait du matériau de voile solaire standard car elle est environ 200 fois plus épaisse. Mais, des milliers de minuscules trous lui permettent de peser à peu près le même poids que les matériaux de voile solaire les plus minces testés.
Un quadrant, Le système de voile solaire de 20 mètres est entièrement déployé lors des tests à l'installation Plum Brook du centre de recherche Glenn de la NASA à Sandusky, Ohio. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA Avec juste la lumière du soleil comme puissance, une voile solaire ne serait jamais lancée directement du sol. Un deuxième vaisseau spatial est nécessaire pour lancer la voile solaire, qui serait ensuite déployé dans l'espace. Une autre façon possible de lancer une voile solaire serait d'utiliser des faisceaux micro-ondes ou laser fournis par un satellite ou un autre engin spatial. Ces faisceaux d'énergie pourraient être dirigés vers la voile pour la lancer dans l'espace et fournir une source d'énergie secondaire pendant son voyage. Dans une expérience au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, les voiles ont été poussées au décollage à l'aide de faisceaux à micro-ondes, tandis que des faisceaux laser ont été utilisés pour pousser la voile vers l'avant.
Une fois lancé, les voiles sont déployées à l'aide d'un système de bôme gonflable qui est déclenché par un mécanisme de déploiement intégré.
Cosmos 1
Cosmos 1, le vaisseau spatial à voile solaire de la Planetary Society, sera lancé à partir d'un sous-marin russe immergé dans la mer de Barents. Une fois lancé, le Cosmos 1 de 220,5 livres (100 kg) recevra un coup de pouce d'un "moteur de démarrage" - le plaçant en orbite à environ 550 miles (885 km) au-dessus de la Terre.
Les voiles solaires établiront de nouveaux records de vitesse pour les engins spatiaux et nous permettront de voyager au-delà de notre système solaire. La technologie des voiles solaires jouera à terme un rôle clé dans les missions longue distance de la NASA. Mais jusqu'où ces voiles solaires pourront-elles nous emmener et à quelle vitesse nous y mèneront-elles ?
Comme nous l'avons découvert dans la dernière section, les voiles solaires ne seraient pas initialement entraînées par la quantité de force utilisée pour lancer la navette spatiale. La NASA estime que l'exploration de l'espace est similaire à l'histoire de la « Tortue et du lièvre, " avec le vaisseau spatial propulsé par fusée étant le lièvre. Dans cette course, le vaisseau spatial propulsé par fusée sautera rapidement, se diriger rapidement vers sa destination. D'autre part, un vaisseau spatial sans fusée propulsé par une voile solaire commencerait son voyage à un rythme lent mais régulier, prenant progressivement de la vitesse à mesure que le soleil continue d'exercer une force sur lui. Tôt ou tard, peu importe à quelle vitesse ça va, la fusée va manquer de puissance. En revanche, l'embarcation à voile solaire a une alimentation sans fin en énergie du soleil. En outre, la voile solaire pourrait potentiellement revenir sur Terre, alors que le véhicule propulsé par fusée n'aurait aucun propulseur pour le ramener.
Comme il continue d'être poussé par la lumière du soleil, le véhicule à voile solaire augmentera des vitesses que les véhicules propulsés par fusée ne pourraient jamais atteindre. Un tel véhicule se déplacerait finalement à environ 56 mi/sec (90 km/sec), qui serait plus de 200, 000 mph (324, 000 km/h). Cette vitesse est environ 10 fois plus rapide que la vitesse orbitale de la navette spatiale de 5 mi/sec (8 km/sec). Pour vous donner une idée de la vitesse, vous pourriez voyager de New York à Los Angeles en moins d'une minute avec un véhicule à voile solaire voyageant à toute vitesse.
Si la NASA lançait une sonde interstellaire alimentée par des voiles solaires, il ne lui faudrait que huit ans pour attraper le vaisseau spatial Voyager 1 (le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre), qui voyage depuis plus de 20 ans. En ajoutant un émetteur de faisceau laser ou magnétique, La NASA a déclaré qu'elle pourrait pousser les vitesses à 18, 600 mi/sec (30, 000 km/s), qui est un dixième de la vitesse de la lumière. A ces vitesses, le voyage interstellaire serait une quasi-certitude.
