Ce sont les aventures du "StarChip Wafersize".

Les étudiants de l'UC Santa Barbara envoyés, par ballon, un prototype de vaisseau spatial miniature qui pourrait éventuellement devenir le "wafercraft" qui, selon les chercheurs, pourrait être propulsé par des lasers pour voyager dans l'espace à des vitesses relativistes afin d'atteindre les systèmes stellaires et les exoplanètes proches.

Ainsi commence un voyage, financé par la NASA et plusieurs fondations privées, qui pourrait un jour conduire à un voyage interstellaire.

"Cela fait partie d'un processus de construction pour l'avenir, et en cours de route, vous testez chaque partie du système pour l'affiner, ", a déclaré Philip Lubin, professeur de physique et cosmologiste expérimental à l'UC Santa Barbara. "Cela fait partie d'un programme à long terme visant à développer des engins spatiaux miniatures pour le vol interplanétaire et éventuellement interstellaire."

Le prototype de vaisseau spatial à l'échelle d'une plaquette (WSS) est suffisamment petit pour tenir dans la paume d'une main. Il a été lancé dans la stratosphère au-dessus de la Pennsylvanie, à une altitude de 105, 000 pieds (32 km), soit trois fois celui des avions commerciaux, pour évaluer sa fonctionnalité et ses performances.

Le lancement a été effectué en collaboration avec l'Académie navale des États-Unis à Annapolis le 12 avril, 2019—58 ans jour pour jour, le cosmonaute et pilote russe Youri Gagarine est devenu le premier humain à effectuer un vol spatial orbital.

"Il a été conçu pour avoir de nombreuses fonctions d'engins spatiaux beaucoup plus gros, comme l'imagerie, transmission de données, y compris les communications laser, détermination d'attitude et détection de champ magnétique, " a déclaré Nic Rupert, un ingénieur de développement dans le laboratoire de Lubin. "En raison des progrès rapides de la microélectronique, nous pouvons réduire un vaisseau spatial dans un format beaucoup plus petit que ce qui a été fait auparavant pour des applications spécialisées telles que la nôtre."

Le prototype du vaisseau spatial a fonctionné parfaitement et a collecté plus de 4000 images de la Terre dans ce que Rupert a déclaré être "un excellent premier vol et il évoluera considérablement à partir d'ici".

L'objectif du projet, comme le nom de l'appareil l'indique, est de construire une plaquette de silicium ultralégère (à l'échelle du gramme) avec de l'électronique embarquée, capable d'être projeté dans l'espace tout en relayant des données vers la Terre. Pour la distance que les chercheurs veulent atteindre - environ 25 000 milliards de milles, ou 40 000 milliards de kilomètres, croisière à une fraction significative de la vitesse de la lumière - la technologie requise est intimidante.

"Propulsion chimique ordinaire, comme celle qui nous a emmenés sur la lune il y a près de 50 ans jour pour jour, mettrait près de cent mille ans pour atteindre le système stellaire le plus proche, Alpha Centauri, " dit Lubin. " Et même une propulsion avancée telle que les moteurs ioniques prendrait plusieurs milliers d'années. Il n'y a qu'une seule technologie connue qui est capable d'atteindre les étoiles proches au cours d'une vie humaine et qui utilise la lumière elle-même comme système de propulsion."

Connue sous le nom de propulsion à énergie dirigée, la technologie nécessite la construction d'une gamme extrêmement large de lasers pour agir comme la propulsion. Ce système ne voyage pas avec le vaisseau spatial; il reste sur Terre.

« Si vous avez un réseau laser suffisamment grand, vous pouvez réellement pousser les plaquettes avec une voile laser pour atteindre notre objectif de 20% de la vitesse de la lumière, " Rupert a déclaré. "Alors vous seriez à Alpha Centauri dans quelque chose comme 20 ans."

Dans le cadre d'un projet financé par la NASA appelé Starlight, l'effort est également soutenu par la Breakthrough Foundation, où il est connu sous le nom de Starshot. L'UC Santa Barbara a lancé le projet en 2009 avec un financement modeste du programme Spacegrant de la NASA, recevoir des fonds supplémentaires en 2015 via NASA Advanced Concepts.

L'équipe de l'UC Santa Barbara a ensuite approché la Breakthrough Foundation de l'investisseur technologique milliardaire Yuri Milner en 2016 pour partager les implications de la technologie. En avril de la même année, la fondation a annoncé qu'elle entreprendrait un effort de 100 millions de dollars pour soutenir ce programme.

Le but est de répondre à l'une des plus grandes questions existentielles de l'humanité :sommes-nous seuls dans l'univers ? Et une façon de le savoir, selon les chercheurs, est de visiter les exoplanètes voisines en envoyant une multitude de ces minuscules vaisseaux spatiaux vers les systèmes stellaires à proximité. Ces puces contiendraient des caméras nanométriques, équipement de navigation, la technologie des communications et d'autres systèmes pour rechercher des preuves de vie sur les exoplanètes proches bien au-delà de notre système solaire.

Une autre facette du projet UC Santa Barbara consiste à envoyer de la vie de la Terre dans l'espace. Les chercheurs veulent tester l'idée de transporter la vie sur de vastes distances en utilisant des cryo-capable de dormir, petits animaux résistants à l'espace - en particulier, tardigrades et le nématode c. elegans.

Mais d'abord, la technologie doit exister. Grâce aux avancées de la photonique et de l'électronique silicium, les graines des produits finaux ont été plantées, disent les scientifiques. Des tentatives répétées pour envoyer le matériel en évolution dans des régions toujours plus éloignées de notre atmosphère, et progressivement dans l'espace extra-atmosphérique et au-delà, sont ce qu'ils espèrent sceller l'affaire.

"Le but de construire ces choses est de savoir ce que nous voulons inclure dans la prochaine version, dans la puce suivante, " a déclaré David Mc Carthy, un étudiant diplômé du Département de génie électrique et informatique. « Vous commencez avec des composants du commerce car vous pouvez effectuer des itérations rapidement et à moindre coût. » À ce stade, il a dit, l'idée est de voir à quel point le matériel fonctionne dans des conditions de plus en plus difficiles, y compris les températures glaciales, exposition prolongée aux rayonnements tels que les rayons cosmiques et les collisions avec des particules entre la Terre et les étoiles (le milieu interstellaire), et le vide de l'espace.

L'élan se construit. Un groupe interdisciplinaire de premier cycle, composé d'étudiants en physique, ingénierie, chimie et biologie, effectuent des vols en montgolfière pour recueillir des données qui pourraient éventuellement éclairer le développement de futures versions du wafercraft. Alors que la technologie devient de plus en plus sophistiquée, les chercheurs ont dit, ils peuvent engager l'industrie des semi-conducteurs pour produire ces minuscules puces spatiales en vrac à faible coût.

Pendant ce temps, les innovations en optique silicium et en photonique intégrée à l'échelle des tranches permettent de réduire les coûts du réseau laser utilisé pour le lancement de ces engins spatiaux. Les professeurs et les chercheurs du département de génie électrique et informatique de l'UC Santa Barbara jouent un rôle essentiel.

"Ce n'est pas si irréaliste de penser que nous pouvons fabriquer des morceaux de silicium d'un gramme qui auront tout ce que nous voulons dessus, " a déclaré Mc Carthy.

En fin de compte, tirant pour l'espace interstellaire, ce qui est encore loin, le groupe vise un premier vol suborbital l'année prochaine. Le développement d'une telle technologie ouvre la voie à une variété de missions spatiales qui auraient été considérées comme trop coûteuses ou impossibles avec la technologie conventionnelle des fusées chimiques.

Avantages potentiels de la technologie de base ? Temps de trajet vers Mars beaucoup plus courts que ce qui est actuellement possible ; défense planétaire contre les astéroïdes et les comètes; l'atténuation des débris spatiaux, booster les satellites en orbite terrestre, ou l'alimentation à distance d'avant-postes de systèmes solaires distants, parmi beaucoup d'autres, a noté Lubin.

« Il permet toute une classe de capacités technologiques, " il a dit, de propulsion à énergie dirigée. "Certaines des plus intéressantes, celles à court terme impliqueraient des missions interplanétaires."

Le groupe UCSB a publié plus de 50 articles techniques sur la technologie transformationnelle qu'ils développent et les implications radicales qu'elle a pour l'exploration humaine.