Cet article a été publié à l'origine sur Supercluster, un site Web consacré à raconter les plus grandes histoires de l'espace de l'humanité.
Carl Sagan rêvait de naviguer dans le système solaire avec des voiles poussées par des rafales de soleil et sortant de notre étoile hôte.
La Planetary Society, dirigée par le PDG Bill Nye, «le type scientifique», a pour objectif de faire de ce rêve une réalité avec un satellite de la taille d’une boîte à chaussures. Ces «voiles solaires», qui n'ont été testées que très peu de fois, pourraient un jour transporter un vaisseau spatial sur d'autres planètes, voire même d'autres systèmes stellaires.
La prochaine phase de navigation solaire a été lancée le 24 juin, lorsqu'une fusée SpaceX Falcon Heavy a décollé de la rampe de lancement du centre spatial Kennedy en Floride. Niché à l'intérieur de son imposant nez, parmi deux douzaines de satellites, se trouvait un minuscule engin spatial: un appareil de la taille d'un pain conçu pour se propulser à l'aide de voiles gossamer qui exploitent la pression de la lumière du soleil.
Cet engin, surnommé LightSail 2, pourrait bien être le début d'une nouvelle ère de vols spatiaux: une navette spatiale renonce aux moteurs de fusée sur lesquels elle s'appuie depuis des décennies et navigue avec élégance sous le vent du soleil. Environ sept jours après le lancement, LightSail 2 sortira de son conteneur, prolongera quatre barrages de 13 pieds et déploiera quatre feuilles de Mylar en forme de miroir qui forment ensemble une voile de 340 pieds carrés en forme de cerf-volant. La prochaine partie est pure magie cosmique.
Selon la Planetary Society, LightSail 2 sera le premier engin à naviguer strictement à la lumière alors qu'il se trouvait sur l'orbite terrestre. LightSail va alors virer comme un voilier pour augmenter son altitude, ce qui lui donnera la distinction d'être le premier vaisseau spatial à naviguer vers une orbite plus haute autour de notre planète. Cet exploit de navigation céleste pourrait être un pas de plus vers le rêve de Carl Sagan de voyager à travers le cosmos sur des voiles réfléchissantes propulsées par des faisceaux de lumière.
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Si vous tendez vos mains au soleil, que ressentez-vous? Chaleur. Mais cachée dans la chaleur se cache une pression si minutieuse que vous ne la remarquerez jamais. La lumière elle-même exerce une force semblable à une brise venteuse, mais elle est si subtile que vous ne la remarquerez jamais. Sur Terre, cela équivaut à peu près à un trombone qui repose dans vos mains.
Mais dans le quasi-vide de l’espace, une pression, même minime, peut avoir un effet majeur car elle pousse à tout moment, heure après heure, jour après jour. Et contrairement au carburant pour fusées, la lumière du soleil est gratuite et pratiquement illimitée. Si nous pouvons exploiter ce pouvoir, nous pouvons l'utiliser. tout ce dont nous avons besoin, ce sont des voiles. Comme les marins d’antan, les futurs vaisseaux spatiaux (et les voyageurs de l’espace) pourraient se propulser dans le vaste espace cosmique avec l’aide du soleil - ou du moins c’est ce que Sagan avait envisagé.
Schéma d'une navette spatiale libérant une petite voile de sa soute à marchandises. (JPL) Sagan avait une grande vision de l'avenir de l'exploration spatiale, imaginant que les astronautes participeraient à des régates intergalactiques, parcourant leurs vaisseaux spatiaux à travers l'univers en exploitant le pouvoir de la lumière des étoiles. Mais il n'était pas le premier à imaginer l'humanité naviguant à la lumière.
Il y a quatre siècles, une comète a traversé le ciel, attirant l'attention de l'astronome allemand Johannes Kepler. Il remarqua que la queue de la comète semblait s'étendre derrière elle. La lumière du soleil, pensa-t-il, doit chauffer la comète et le matériau libre de sa surface. Cette observation astucieuse poussa Kepler à penser que la lumière du soleil pourrait être une forme utile de propulsion.
"Fournissez des navires ou des voiles adaptés aux brises célestes, et certains braveront même ce vide", écrit-il à Galilée en 1608.
Kepler a vécu au milieu d'une renaissance scientifique, à une époque où l'humanité commençait à prendre conscience de sa place dans le cosmos. La Terre n'était pas le centre du système solaire, mais bien l'une des nombreuses planètes en orbite autour de l'une des nombreuses étoiles. Étant donné que les navires - une forme de déplacement courante à l'époque - sont entraînés par les vents, il semble tout à fait naturel que Kepler envisage de naviguer dans l'espace de la même manière que les marins naviguent dans les mers.
Mais il faudrait des siècles pour que les rêves de Kepler deviennent une réalité.
En 1865, James Clerk Maxwell a montré au monde que la lumière contenait des paquets d'énergie appelés photons, et que les photons avaient une impulsion pouvant être transférée à d'autres objets. Si un photon entre en contact avec un objet tel qu'une voile solaire brillante, il transfère une partie de son énergie et pousse la voile vers l'avant.
Diverses formes de voiles légères. (Raquel Scoggin / Supercluster) Après la Seconde Guerre mondiale et le lancement de Spoutnik en 1957, l'idée d'explorer le cosmos a soudainement basculé de la science-fiction à la réalité. La voile solaire semblait redevenir une forme de propulsion séduisante.
Peu de temps après son lancement, la NASA a commencé à planifier de nombreuses missions spatiales ambitieuses, notamment en finançant plusieurs études de voile solaire. Dans les années 1970, il a été prévu de rencontrer une comète - la même que celle que Kepler avait aperçue dans le ciel des siècles plus tôt. Cet engin spatial serait équipé d'une voile solaire, utilisant l'énergie du soleil pour effectuer son voyage. Malheureusement, le plan a été abandonné avant de pouvoir atteindre la rampe de lancement, mais l'idée de naviguer à l'énergie solaire perdurerait.
Lou Freedman, un ingénieur de la NASA qui a travaillé sur cette mission aujourd'hui disparue, était toujours convaincu que la voile solaire était une forme de propulsion viable. Il (avec Carl Sagan et Bruce Murray, ancien responsable du Jet Propulsion Laboratory de la NASA) a cofondé la Planetary Society en 1980 en grande partie pour faire de la navigation solaire une réalité.
«La navigation solaire en général a été inscrite dans l'ADN de la société planétaire avant même notre fondation», a déclaré à Supercluster Jennifer Vaughn, directrice des opérations de la société. "Nos trois fondateurs ont joué un rôle important dans les débuts de la navigation solaire."
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Comprendre comment construire une énorme voile solaire ultralégère puis la lancer à moindre coût dans l'espace s'avérerait un défi majeur. Mais le groupe a persévéré et la première incursion de la société dans la navigation solaire a finalement touché la rampe de lancement en 2005 sous la forme d'un vaisseau spatial appelé Cosmos 1. Malheureusement, ce satellite n'a pas réussi à se mettre en orbite, s'effondrant près de la Russie dans la Mer barent. Dix années supplémentaires s'écouleraient avant que la Planetary Society obtienne son premier succès en navigation solaire.
Schéma d'une voile solaire. (JPL) Les responsables de mission sont retournés à la table à dessin et ont décidé de penser plus petit pour leur prochaine tentative. Les cubesats - qui ont à peu près la taille d’une miche de pain - ont fait leur apparition sur la scène des vols spatiaux, offrant une alternative moins chère aux satellites volumineux traditionnels.
Selon Bill Nye, l'avènement de CubeSats a conduit à la conception actuelle de la voile carrée. "Une voile carrée s'avère être un très bon point de départ et un très bon design", a déclaré Nye au Supercluster.
Le vaisseau résultant, surnommé LightSail 1, était une version réduite de Cosmos 1. Ce mini satellite de la taille d'une boîte à chaussures a été lancé en 2015, embarquant sur une fusée Atlas V et volant en orbite le long de l'avion spatial clandestin X-37B de l'armée de l'air. .
Une fois en orbite, LightSail 1 a prouvé qu’il était capable de déployer sa voile dans le vide de l’espace. Mais le minuscule satellite a été confronté à une multitude de problèmes, notamment de problèmes logiciels, de pertes de signaux et de problèmes de batterie au cours de sa mission. Après une période tumultueuse en orbite terrestre basse, le minuscule engin a déployé son nom: quatre voiles en mylar brillantes, ce qui prouve qu’il est possible de placer une voile à pleine lumière dans un petit boîtier.
Malgré ses déboires, en tant que démonstration de technologie, LightSail 1 a été un succès. Pour célébrer, il a renvoyé le selfie ultime. Mais il a également permis aux gens de regarder vers le haut, essayant de repérer le vaisseau alors qu'il volait au-dessus de la Terre. Nye put même apercevoir le minuscule satellite qui scintillait dans la nuit alors qu'il survolait le ciel pollué par la lumière de New York.
Avec très peu de particules pour ralentir une voile légère avec une traînée, il pourrait accélérer un vaisseau spatial à des vitesses très élevées au fil du temps. (Raquel Scoggin / Supercluster) Arriver à ce point a été un énorme accomplissement pour la Planetary Society, une organisation à but non lucratif créée pour aider à faire progresser les sciences et l'exploration spatiales. "L'espace fait ressortir le meilleur de nous", déclare Bill Nye. "Il fait appel à toutes les personnes et à toutes les nationalités."
Plus de 40 000 membres de la Planetary Society ont soutenu cette mission (et le développement de la voile solaire), faisant un don allant de 5 à plus d'un million de dollars pour financer l'organisation.
«Il est extrêmement rare qu’on ait l’opportunité de participer aux premières étapes d’une nouvelle technologie de propulsion d’engins spatiaux», explique Bruce Betts, responsable de la mission LightSail. «Il n'y en a pas beaucoup. Être aux premières étapes, les premiers pas de la voile solaire, est tout un honneur.
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Au fil des ans, alors que la Planetary Society construisait ses voiliers, d’autres navires du monde entier ont également mis les voiles.
Une mission de test de 2015 appelée CubeSail, construite par le centre spatial de Surrey au Royaume-Uni, a été lancée mais n'a pas été déployée correctement. Trois autres petites missions de navigation à la voile - NanoSail-D de la NASA, CanX-7 du Canada et InflateSail de Surrey - ont connu un certain succès, mais tout comme LightSail 1, leurs missions étaient confinées à l'orbite terrestre basse.
Schéma d'une voile solaire. (JPL) Le Japon a eu le plus de succès avec la navigation solaire jusqu'à présent, puisqu'il a été lancé en orbite autour du soleil en 2010. Une fois dans l'espace, il s'est ouvert en 46 pieds de large. voile carrée et, pour la première fois dans l'histoire, a commencé à diriger et à changer sa vitesse avec la puissance du soleil.
Le vaisseau spatial avait également des cellules solaires intégrées dans sa voile en forme de cerf-volant pour générer de l'électricité. Les cellules ne devraient pas produire beaucoup d’énergie en vol, mais ont plutôt servi de banc d’essai pour les futurs moteurs à propulsion ionique.
IKAROS a passé les trois prochaines années à mesurer son accélération due à une pression faible. Il a également testé différentes façons de contrôler son mouvement en utilisant des cristaux liquides (ressemblant à un affichage électronique LCD) intégrés dans la voile, qui pourraient ajuster la réflectivité de l’engin et en modifier la vitesse. L'électricité traversant les panneaux a augmenté la réflectivité, permettant à la navette spatiale d'accélérer, tandis que couper le flux a rendu la pression de la lumière du soleil plus diffuse.
Les responsables de l'espace japonais ont déclaré qu'IKAROS avait été en mesure de modifier son orientation et son orientation avant la fin prévue de la mission en 2015. Le contact avec IKAROS a été perdu, mais un suivi ultérieur montre que la voile solaire continue de tourner autour du soleil entre Terre et Vénus. et la forme de son orbite continue de changer à la suite de changements de pression légère.
Cependant, avec ses succès, les données IKAROS montrent que nous avons encore beaucoup de chemin à parcourir avant de réaliser tout le potentiel de la voile solaire. La Planetary Society espère que si tout se passe comme prévu, LightSail 2 contribuera à transformer les voiles solaires en une méthode fiable, peu coûteuse et sans propulseur, de voler dans l'espace.
À partir de là, les possibilités sont presque illimitées. Avec une voile légère, un vaisseau spatial pourrait aller sur la lune, sur les astéroïdes, sur Jupiter - partout où le vent léger souffle, sans aucun carburant.
