Une voile solaire diffractive soutenue par la NASA vous permettra de voir le Soleil comme jamais auparavant
“Une vision moderne de la voile légère, vieille de plusieurs décennies.”
Les voiles solaires diffractives, représentées dans cette illustration conceptuelle, pourraient permettre des missions dans des endroits difficiles d’accès, comme les orbites au-dessus des pôles du Soleil. MacKenzi Martin/NASA
Johannes Kepler, astronome allemand de trente-six ans, est l’un des nombreux observateurs d’une comète qui se déplace doucement dans le ciel. Nous sommes en 1607, et personne ne sait qu’une comète a une période orbitale de 75 ans.
Le génie qu’il est, Kepler se demande si la lumière du Soleil ne chauffe pas la comète, étalant sa queue en une large bande.
Il n’avait aucun moyen de prouver son hypothèse – mais c’était une observation correcte. La façon dont les rayons du Soleil interagissent avec un objet céleste amène Kepler à penser qu’une voile spatiale pourrait capter la lumière du Soleil de la même façon qu’une voile de bateau capte le vent.
Il ne perd pas de temps.
Dans une lettre adressée en 1608 à Galileo Galilei, Kepler écrit que les humains pourraient un jour utiliser cette technologie pour atteindre les étoiles :
“Fournissez des bateaux ou des voiles adaptés aux brises célestes, et il y en aura qui braveront même ce vide.”
La voile lumineuse diffractive
Des siècles plus tard, des voiles solaires ont été construites et lancées avec succès par la NASA avec son vaisseau spatial NanoSail-D, la Planetary Society avec son vaisseau spatial LightSail 1 et l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) avec son vaisseau spatial IKAROS.
Cependant, les voiles solaires réfléchissantes existantes sont très grandes et très fines, limitées par la direction de la lumière du soleil, ce qui oblige à faire des compromis entre la puissance et la navigation.
La voile lumineuse diffractive permettrait d’étendre les capacités des voiles solaires au-delà de ce qui est possible avec les missions en cours de développement. Cette idée innovante a été sélectionnée par la NASA pour une étude de phase III dans le cadre du programme NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts), selon un communiqué de presse.
Comment les voiles solaires aident-elles un vaisseau spatial ?
Un vaisseau spatial acquiert la majeure partie de son élan lorsqu’il est lancé depuis la Terre, puis change de direction ou augmente sa vitesse à l’aide de fusées chimiques qui brûlent le carburant transporté à bord.
Il manœuvre ensuite dans l’espace en atteignant sa vitesse maximale, ou s’appuie sur l’assistance gravitationnelle d’autres planètes pour arriver à destination.
Lorsqu’une voile solaire entre en jeu, le vaisseau spatial peut continuer à accélérer tant qu’il est soumis à la pression de la lumière. L’engin spatial serait ainsi accéléré tout au long de son parcours, atteignant des vitesses impossibles à atteindre pour les fusées chimiques.
Dans le projet susmentionné, les voiles optiques diffractives utiliseraient de petits réseaux intégrés dans des films minces pour tirer parti d’une propriété de la lumière appelée diffraction, qui fait que la lumière s’étale lorsqu’elle traverse une ouverture étroite.
Cela permettrait au vaisseau spatial d’utiliser plus efficacement la lumière du soleil sans sacrifier la manœuvrabilité.
Transformer la technologie spatiale
“Alors que nous nous aventurons plus loin que jamais dans le cosmos, nous aurons besoin de technologies innovantes et de pointe pour mener à bien nos missions”, a déclaré Bill Nelson, administrateur de la NASA. “Le programme NASA Innovative Advanced Concepts contribue à débloquer des idées visionnaires – comme les nouvelles voiles solaires – et à les rapprocher de la réalité.”
Le nouveau prix de la phase III donnera à l’équipe de recherche 2 millions de dollars sur deux ans pour poursuivre le développement de la technologie en vue d’une éventuelle future mission de démonstration. Le projet est dirigé par Amber Dubill du laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins à Laurel, dans le Maryland.
La faisabilité du concept a déjà été étudiée dans le cadre de la phase I et de la phase II du NIAC, sous la direction de Grover Swartzlander, de l’Institut de technologie de Rochester, dans l’État de New York, qui reste cochercheur sur le projet. Les Johnson, responsable de deux des prochaines missions de voile solaire de la NASA au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, est également cochercheur.
Dans le cadre des bourses précédentes, l’équipe avait conçu, créé et testé différents types de matériaux pour voiles diffractives, mené des expériences et conçu de nouveaux schémas de navigation et de contrôle pour une éventuelle mission de voile solaire diffractive en orbite autour des pôles du Soleil.
Près du soleil
Au cours de la phase III, le matériau de la voile sera optimisé et des essais au sol seront effectués en soutien à la mission solaire conceptuelle.
La propulsion conventionnelle des engins spatiaux a ses limites lorsqu’il s’agit d’atteindre des orbites passant au-dessus des pôles nord et sud du Soleil. En revanche, des voiles solaires diffractives légères pourraient facilement placer une constellation de vaisseaux spatiaux scientifiques en orbite autour des pôles du Soleil et améliorer nos capacités de prévision de la météo spatiale.
“La voile solaire diffractive est une version moderne de la vision des voiles lumineuses, vieille de plusieurs décennies. Bien que cette technologie puisse améliorer une multitude d’architectures de mission, elle est prête à avoir un impact considérable sur les besoins de la communauté héliophysique en matière de capacités d’observation solaire uniques”, a déclaré M. Dubill.
Les projets NIAC de la phase III sont sur le point de devenir des projets réels, ce qui signifie que la possibilité d’un vaisseau spatial se déplaçant avec des voiles solaires pour explorer le Soleil comme jamais auparavant, est à portée de main.
“Le programme NIAC nous permet d’encourager certains des concepts technologiques les plus créatifs dans le domaine de l’aérospatiale”, a déclaré Mike LaPointe, responsable par intérim du programme NIAC au siège de la NASA. “Notre objectif est de changer le possible, et la voile solaire diffractive promet de le faire pour un certain nombre de nouvelles applications de mission passionnantes.”
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
