Les engins spatiaux équipés de voiles et propulsés par le soleil ne relèvent plus de la science-fiction ou des missions spatiales théoriques. Maintenant, un chercheur du Rochester Institute of Technology fait passer la voile solaire au niveau supérieur avec des matériaux photoniques avancés.

Les métamatériaux - une nouvelle classe de structures artificielles aux propriétés non conventionnelles - pourraient représenter le prochain bond en avant technologique pour les voiles solaires, selon Grover Swartzlander, professeur au Chester F. Carlson Center for Imaging Science du RIT. Il propose de remplacer les voiles métalliques réfléchissantes par des voiles diffractives en métafilm. Les nouveaux matériaux pourraient être utilisés pour orienter les photons réfléchis ou transmis vers la Terre proche, voyages spatiaux interplanétaires et interstellaires.

« Les films diffractifs peuvent également être conçus pour remplacer les systèmes mécaniques lourds et sujets aux défaillances par des commandes électro-optiques plus légères n'ayant aucune pièce mobile, " il a dit.

Swartzlander dirige une étude exploratoire soutenue par un financement de phase 1 du programme Innovative Advanced Concepts de la NASA. Le neuf mois, 125 $, Le prix 000 encourage le développement d'une technologie visionnaire susceptible de révolutionner l'exploration spatiale future. La Société d'optique organise une réunion d'incubateur, Films de métamatériaux pour la propulsion dans l'espace par pression de rayonnement, du 7 au 9 octobre à Washington, D.C., pour créer une feuille de route pour faire avancer les voiles de métamatériaux sur des satellites en orbite basse appelés CubeSats. Swartzlander animera la rencontre avec les co-organisateurs Les Johnson, directeur du bureau des projets de technologie de propulsion dans l'espace du vol spatial Marshall de la NASA et chercheur principal de la mission de reconnaissance des astéroïdes géocroiseurs de la NASA, ou Scout de l'AEN ; et Nelson Tabirian, président de BEAM Co., spécialisée dans les technologies et matériaux optiques.

"Les CubeSats deviennent d'une grande importance nationale pour la science, à des fins de sécurité et commerciales, " Swartzlander a déclaré. "Le potentiel d'augmenter, désorbiter ou garder en station des centaines de CubeSats depuis l'orbite terrestre basse serait un changement de jeu reconnu qui susciterait l'enthousiasme et le plaidoyer au sein de la communauté grandissante des étudiants des petits satellites, entrepreneurs et scientifiques et ingénieurs en aérospatiale.

NEA Scout sera la première mission scientifique CubeSat à avoir des voiles attachées. C'est l'un des 13 satellites qui mèneront des enquêtes scientifiques et technologiques dans le cadre de la mission d'exploration 1 de la NASA. EM-1 devrait être lancé cette année sur la nouvelle fusée Space Launch System. Une fois déployé, La voile en polyimide revêtue d'aluminium de NEA Scout reflétera la lumière du soleil pour propulser le vaisseau spatial robotique de reconnaissance lors de sa croisière de deux ans.

Swartzlander a déclaré que les voiles à métafilm diffractif pourraient corriger les limitations connues des voiles métalliques réfléchissantes - surchauffe, utilisation inefficace des photons et inclinaison excessive du vaisseau spatial, car les nouveaux matériaux peuvent :

• Absorption inférieure :Les surfaces diffractives proposées élimineraient les problèmes inhérents aux revêtements métalliques, qui chauffent et compromettent les substrats des voiles ;
• Réutilisation des photons :Les voiles diffractives recycleraient les photons transmis, les convertir en énergie solaire-électrique ou diffracter la lumière deux fois pour plus d'élan. (Les voiles réfléchissantes réfléchissent les photons dans l'espace ou absorbent dans le revêtement métallique); et
• Orientation améliorée :les voiles diffractives maintiennent une position plus efficace face au soleil, permettant une propulsion et une génération d'énergie électrique solaire très efficaces sur des cellules photovoltaïques embarquées. (Les voiles réfléchissantes fonctionnent mieux lorsque le vaisseau spatial est incliné. Cependant, cette orientation diminue la projection d'énergie solaire sur la voile.)

« Les voiles diffractives peuvent également être conçues pour une propulsion par laser, un concept vieux de plusieurs décennies qui a récemment suscité un vif intérêt de la part des investisseurs privés, résultant en un programme appelé Breakthrough Starshot, " a déclaré Swartzlander.

Un leader dans son domaine, Swartzlander a mené des recherches pionnières sur le coronographe à vortex optique, tourbillons optiques, solitons, théorie de la cohérence, pince à épiler optique et élévateur optique. Il est rédacteur en chef du Journal de l'Optical Society of America B .