Un astronome vient de mettre au point un système de navigation pour les voyages spatiaux interstellaires
Nous sommes en 2021, et nous n’avons enfin plus à nous inquiéter de voir nos vaisseaux spatiaux se perdre dans l’espace interstellaire.
En utilisant la position et la lumière changeante des étoiles, proches et lointaines, l’astronome Coryn A.L. Bailer-Jones a démontré la faisabilité d’une navigation autonome à la volée pour les vaisseaux spatiaux voyageant bien au-delà du système solaire.
La navigation dans l’espace interstellaire peut ne pas sembler être un problème immédiat. Cependant, au cours de la dernière décennie, des instruments fabriqués par l’homme ont déjà pénétré dans l’espace interstellaire, puisque Voyager 1 (en 2012) et Voyager 2 (en 2018) ont franchi la limite du système solaire appelée héliopause.
Ce n’est qu’une question de temps avant que New Horizons ne les rejoigne, suivi par d’autres sondes à l’avenir. Au fur et à mesure que ces engins spatiaux s’éloignent de leur planète d’origine, la communication avec la Terre prend de plus en plus de temps.
New Horizons se trouve actuellement à près de 14 heures-lumière de la Terre, ce qui signifie qu’il lui faut 28 heures pour envoyer un signal et recevoir une réponse ; il ne s’agit pas d’un système de suivi et de navigation impossible, mais d’un système disgracieux.
À des distances de plus en plus grandes, cependant, ce système ne sera plus fiable.
« En voyageant vers les étoiles les plus proches, les signaux seront beaucoup trop faibles et les temps de parcours de la lumière seront de l’ordre des années », écrit Bailer-Jones dans son article, qui est actuellement disponible sur le serveur de préimpression arXiv, où il attend l’examen par les pairs de la communauté des astronomes.
« Un vaisseau spatial interstellaire devra donc naviguer de manière autonome et utiliser ces informations pour décider quand effectuer des corrections de trajectoire ou allumer des instruments. Un tel vaisseau spatial doit être capable de déterminer sa position et sa vitesse en utilisant uniquement les mesures embarquées. »
Bailer-Jones, qui travaille à l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne, n’est pas le premier à y penser. La NASA a travaillé sur la navigation par pulsars, en utilisant les pulsations régulières de ces étoiles mortes comme base d’un GPS galactique. Cette méthode semble assez géniale, mais elle peut être sujette à des erreurs à de plus grandes distances, en raison de la distorsion du signal par le milieu interstellaire.
Grâce à un catalogue d’étoiles, Bailer-Jones a pu montrer qu’il était possible de calculer les coordonnées d’un vaisseau spatial dans six dimensions – trois dans l’espace et trois dans la vitesse – avec une grande précision, en se basant sur la façon dont la position de ces étoiles change du point de vue du vaisseau spatial.
« Lorsqu’un vaisseau spatial s’éloigne du Soleil, les positions et les vitesses observées des étoiles changent par rapport à celles d’un catalogue terrestre en raison de la parallaxe, de l’aberration et de l’effet Doppler », écrit-il.
« En mesurant uniquement les distances angulaires entre les paires d’étoiles et en les comparant au catalogue, nous pouvons déduire les coordonnées du vaisseau spatial via un processus de modélisation itératif. »
La parallaxe et l’aberration font toutes deux référence au changement apparent de la position des étoiles dû au mouvement de la Terre. L’effet Doppler est le changement de la longueur d’onde de la lumière d’une étoile selon qu’elle semble se rapprocher ou s’éloigner de l’observateur.
Étant donné que tous ces effets impliquent les positions relatives des deux corps, un troisième corps (le vaisseau spatial) situé dans une position différente verra une disposition différente des étoiles.
Il est en fait assez difficile de déterminer les distances entre les étoiles, mais nous nous améliorons beaucoup. Le satellite Gaia mène une mission continue pour cartographier la Voie lactée en trois dimensions, et nous a donné la carte la plus précise de la galaxie à ce jour.
Bailer-Jones a testé son système à l’aide d’un catalogue d’étoiles simulées, puis sur les étoiles proches du catalogue Hipparcos compilé en 1997, à des vitesses relativistes du vaisseau spatial. Bien que cela ne soit pas aussi précis que Gaia, ce n’est pas très important – l’objectif était de vérifier que le système de navigation pouvait fonctionner.
Avec seulement 20 étoiles, le système peut déterminer la position et la vitesse d’un vaisseau spatial à 3 unités astronomiques près et à 2 kilomètres par seconde. Cette précision peut être améliorée en fonction de la racine carrée du nombre d’étoiles. Avec 100 étoiles, la précision est de 1,3 unité astronomique et 0,7 kilomètre par seconde.
Certains problèmes doivent être résolus. Le système n’a pas pris en compte les binaires stellaires, ni l’instrumentation. L’objectif était de montrer que c’était possible, comme un premier pas vers une réalisation concrète.
Il est même possible qu’il soit utilisé en tandem avec la navigation par pulsar, de sorte que les deux systèmes puissent minimiser les défauts de l’autre. Et alors, le ciel, littéralement, est la limite.
L’article est disponible sur arXiv.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
