Cette voile spatiale à grande vitesse peut nous emmener dans les systèmes stellaires suivants

Représentation d’artiste du vaisseau spatial Starshot Lightsail pendant l’accélération avec un réseau laser au sol.

Masumi Shibata / initiatives de piratage

À seulement environ 4 années-lumière de notre système solaire se trouve Alpha Centauri, un autre quartier spatial animé. Il est installé par Trois étoiles Avec la même fonction que notre soleil, il porte des planètes similaires à nos fameux huit corps et peut avoir un jumeau terrestre Traînez dans la zone habitable. Presque comme une réalité alternative, le système stellaire est une zone déconcertante pour les explorateurs de l’espace.

Il n’y a qu’un seul cas clair. Avec notre technologie actuelle, les engins spatiaux envoyés n’atteindront pas Alpha du Centaure avant environ l’an 82022. C’est pourquoi, en 2016, le regretté astrophysicien Stephen Hawking et investisseur Youri Milner Lancé Piratage d’étoilesUne initiative visant à envoyer des sondes spatiales de la taille d’une tranche à Alpha Centauri à 20 % de la vitesse de la lumièreréduisant l’énorme temps de voyage à seulement 20 ans.

Leur schéma se concentre sur une voile optique qui exploite la puissance des photons, également connus sous le nom de particules de lumière, émis par un laser au sol, plutôt que le vent comme une voile traditionnelle. Bien qu’elle corresponde parfaitement à la technologie de science-fiction de Star Trek, l’idée a gagné en popularité au point que des chercheurs du monde entier commencent à étudier comment faire fonctionner le gadget extraterrestre, dans l’espoir de produire un hyper-moteur qui explose à travers l’univers à taux vertigineux.

Une de ces équipes de l’Université de Pennsylvanie s’attaque à une grande pièce du puzzle. à Quelques articles publiés ce mois-ci dans Nano LettersEt le Les chercheurs ont proposé un moyen de garantir que ces engins spatiaux innovants ne soient pas déchirés par des impulsions laser intenses pendant le vol interstellaire de deux décennies. Essentiellement, les chercheurs suggèrent que la voile devrait « couler » dans le vide de l’espace comme les voiles des bateaux ordinaires au milieu des vents de la Terre.

le plus proche

Illustration de ce à quoi pourrait ressembler l’une des stars d’Alpha Centauri, Proxima Centauri. L’étoile naine rouge peut être vue au centre, ses planètes à proximité et les deux autres étoiles binaires Alpha Centauri en arrière-plan.

Laurent Santinelli

« Certains des nombres de voiles légères depuis le début clapotaient, d’autres non, mais ils n’ont pas été bien étudiés », a déclaré l’auteur de l’étude Igor Bargatin, professeur agrégé au Département de génie mécanique et de mécanique appliquée de l’Université de Pennsylvanie. « Ce que nous avons fait, c’est montrer qu’il faut absolument gonfler.

« Nous avons réalisé que les gens ne considéraient pas vraiment les mécanismes du problème, en particulier la possibilité de pleurer », a ajouté Bargatin. « Nous voulons nous assurer que cette idée se concrétise, et lorsqu’elle se concrétise, les gens prêtent attention aux choses qui peuvent se produire pendant l’accélération.

« Nous ne voulons pas que ces voiles échouent. »

Paramètres du vaisseau interstellaire

Imaginez un bateau s’aventurant en mer avec une voile attachée. La voile se lèvera à chaque rafale de vent et propulsera le navire vers l’avant. Cette poussée est causée par le recul du vent frappant la voile, créant une pression.

Les voiles lumineuses ne sont pas très différentes.

« Lorsque les photons frappent notre voile légère, ils sont réfléchis et créent également une pression », a déclaré Bargatin. « Le mécanisme exact est un peu différent parce que nous parlons de molécules d’air légères par rapport à de vraies molécules d’air. Mais cela crée une pression dans les deux sens. » En fait, de tels dispositifs ont déjà prouvé leur efficacité dans une certaine mesure.

En 2010, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale Il a lancé une mission de voile légère appelée Ikaros Elle considérait cela comme un succès. en 2019, Démo LightSail 2 Procès d’affiliation. Financé par une campagne Kickstarter lancée par Bill Nye et Neil DeGrasse Tyson, il a fait voler un petit satellite dans l’espace en utilisant la puissance pure d’un photon.

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La voile solaire qui était au centre du projet japonais Ikarus.

Agence japonaise d’exploration aérospatiale

Mais Ikaros et LightSail 2 utilisent tous deux la lumière émise par le soleil, contrairement à la vision des lasers de Breakthrough Starshot.

Bien que la lumière du soleil réduise le risque de déchirures, elle est trop faible pour une tentative Starshot. De plus, dit Bargattin, les impulsions lumineuses du Starshot devraient se produire dans un délai relativement court car une fois que la voile légère est trop éloignée de la Terre, les scientifiques perdent leur capacité à l’accélérer efficacement.

En bref, pour atteindre un cinquième de la vitesse de la lumière – afin qu’elle puisse atteindre Alpha du Centaure dans les vingt ans requis – dans une fenêtre stricte, les lumières auraient besoin d’impulsions lumineuses extrêmement fortes qui ne sont possibles qu’avec un laser.

Léger froid

Représentation artistique de Lightsail 2 en orbite autour de la Terre.

Société planétaire

« Les pressions conçues sur nos ongles photoniques ne sont pas énormes », a déclaré Bargatin. « C’est presque comme avoir un sou dans la main. » Scientifiquement parlant, la pression s’élève à environ 10 Pa, dit Bargatin, mais considérez comment nous vivons nos vies sans nous soucier de la pression légère. Absolument.

Dix Pas de puissance lumineuse nécessitent une grande quantité d’énergie laser, donc contrairement à la danse Icarus de la douce lumière du soleil, les ongles légers émis par des impulsions laser extrêmement dures peuvent être endommagés.

Comment construire une voile légère permanente

Selon les chercheurs, les puissantes impulsions laser peuvent créer une pression suffisamment forte pour cambrer et déchirer la plaque comme la voile d’un bateau tendu, qui pourrait exploser si elle était frappée par une tempête de vent géante.

Ils croient que les lumières devraient avoir la capacité de « gonfler » et de former une forme quelque peu incurvée comme un auvent. Bargatin explique que la longueur de la voile et le rayon de courbure doivent être d’environ 3 mètres. Dans leurs nouveaux articles, les auteurs décrivent les mesures géométriques qui assurent une distension optimale.

Même une voile légère protégée des déchirures rencontrera d’autres obstacles. Pour surmonter de tels problèmes, le principal paramètre à prendre en compte est le matériau de la voile. Les panneaux doivent être solides pour la durabilité et légers pour réduire la puissance du laser et réfléchir efficacement la lumière pour une poussée optimale et évacuer la chaleur générée par les impulsions laser.

Bargatin dit que si la dernière partie n’est pas prise en charge, elle peut littéralement naviguer la fusion dans l’espace.

« Vous pouvez proposer une gamme de matériaux. L’épaisseur de ce matériau et la géométrie curviligne permettront à la voile de surmonter les pressions pour lesquelles nous concevons actuellement », a déclaré Bargatin, notant que son équipe recherche principalement un matériau appelé molybdène. disulfure.

Dans le grand schéma des choses, cependant, la construction d’un réseau laser massif qui enverrait un faisceau de lumière vers l’avant serait un obstacle majeur. Les chercheurs travaillant dans les communications spatiales cherchent également toujours à récupérer des informations à partir d’une sonde à puce attachée à la voile optique, a déclaré Bargatin.

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La sonde à micropuce proposée par Starshot.

Darius Faray/Crumpe

Si le mécanisme Breakthrough Starshot fonctionne un jour, ce sera un véritable témoignage du génie scientifique de l’humanité. En annonçant les formidables objectifs de l’organisation il y a six ans, Monument de Hawking:

« Je pense que ce qui nous rend uniques, c’est d’aller au-delà de nos limites. La gravité nous a collés au sol, mais je viens de m’envoler pour l’Amérique. J’ai perdu ma voix, mais je peux encore parler, grâce à mon appareil de synthèse vocale. ces limites ? »

Avec nos esprits et nos machines.

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