Comment concevoir une voile capable de transporter un vaisseau spatial vers un autre système solaire ?
Agence de la NASA Voyageur 1 Et le Voyageur 2 Les deux sondes, lancées dans les années 1970, sont toujours les seuls objets fabriqués par l’homme à avoir quitté notre système solaire. Alors que la paire a défié les attentes et est toujours en activité, les chercheurs continuent de concevoir de nouvelles missions qui pourraient explorer au-delà de notre voisinage stellaire. L’une des techniques connues sous le nom de voile légèreune voile propulsée par la lumière plutôt que par le vent, semble être un moyen prometteur pour atteindre un objectif aussi ambitieux.
Dans deux nouvelles études, les chercheurs ont découvert la meilleure façon de concevoir une voile légère pour un voyage interstellaire. Ils ont découvert qu’une telle voile devrait couler et avoir un motif semblable à un filet et ils sont également parvenus à des conclusions sur les meilleurs matériaux à utiliser.
Ces études ont été menées dans le cadre de l’initiative Breakthrough Starshot, un projet de recherche et d’ingénierie visant à développer de nouvelles conceptions pour un véhicule léger à voile capable de se rendre à Alpha Centaurinos voisins les plus proches dans le système solaire.
à propos de: Une voile solaire dans l’espace : découvrez de superbes vues depuis LightSail 2
Breakthrough Starshot est un projet avec Breakthrough Initiatives, un « groupe de programmes de sciences spatiales qui étudient les questions fondamentales de la vie dans l’univers », selon Breakthrough Starshot. site Web.
Breakthrough Starshot vise à développer une voile légère qui transporte une sonde de la taille d’une petite plaquette à 20% de la vitesse de la lumière. Ce rythme à grande vitesse verra la sonde atteindre Alpha du Centaure dans environ 20 ans, Selon la déclaration.
Pour référence, Alpha Centauri est situé à environ 4 années-lumière de la Terre, et quelques spécialistes On estime qu’il faudra au moins 6 300 ans pour atteindre le système avec la technologie actuelle.
Qu’est-ce qu’une voile légère ?
Les voiles légères ne sont pas de la science-fiction, ni une idée nouvelle. Les voiles légères, également appelées voiles solaires, peuvent propulser des engins spatiaux sans utiliser de carburant de fusée. Les voiles de lumière fonctionnent lorsque des particules de lumière, appelées photons, entrent en collision avec la voile réfléchissante, transférant leur élan à la plaque.
Au fil du temps, des milliards et des milliards de photons frapperont la voile, donnant suffisamment d’élan pour « pousser » l’engin vers l’avant.
En 2019, la Planetary Society, une organisation américaine d’éducation et de sensibilisation à l’espace à but non lucratif, a lancé un vaisseau spatial propulsé par un planeur financé par la foule appelé Voile légère 2 à l’orbite terrestre. Le vaisseau spatial cube a la taille d’une miche de pain, mais sa voile solaire s’étend sur 433 pieds carrés (32 mètres carrés).
La voile légère du véhicule se compose de quatre sections triangulaires en mylar d’aluminium. Alors que l’engin atteignait l’espace sur une fusée SpaceX Falcon Heavy, il manœuvrait en orbite en utilisant la poussée générée par la lumière du soleil.
L’agence spatiale japonaise JAXA a également lancé un vaisseau spatial qui se déplace à l’aide d’une voile solaire appelée Icare.
Cependant, Starshot est différent de LightSail 2. Alors que LightSail 2 repose uniquement sur les photons du Soleil, Starshot aura besoin d’une lumière plus intense pour atteindre les vitesses extrêmes que les chefs de projet espèrent atteindre. Pour ce faire, le projet vise à utiliser des lasers au sol pour focaliser une lumière intense directement sur les voiles de lumière des sondes Starshot potentielles, les envoyant rapidement sur leur chemin après avoir atteint l’orbite.
Formation de voile solaire parfaite
Dans cette paire de nouvelles études, les chercheurs ont étudié la forme et le style les plus efficaces d’une voile légère.
Le premier article, dirigé par Igor Bargatin, chercheur au Département de génie mécanique et de mécanique appliquée de l’Université de Pennsylvanie, propose le meilleur matériau et la meilleure forme pour la voile légère interstellaire.
Premièrement, l’étude suggère que la voile légère du Starshot devrait être constituée de feuilles ultra-minces d’oxyde d’aluminium composé chimique et de bisulfure de molybdène, un métal de transition argenté.
L’équipe recommande également que pour éviter la rupture, une voile légère ait une courbure importante et « coule comme un parachute plutôt que de rester à plat », selon le communiqué.
« L’intuition ici est qu’une voile très étroite, que ce soit sur un voilier ou dans l’espace, est plus encline à pleurer », a déclaré Bargatin dans le même communiqué. « C’est un concept relativement facile à comprendre, mais nous avons dû faire des calculs très complexes pour montrer comment ces matériaux se comportent à cette échelle. »
Surtout avec les vitesses élevées que l’équipe Starshot vise, la voile résistera à une pression importante lorsqu’elle sera poussée à la limite. Ces chercheurs suggèrent que la forme bombée aidera à empêcher la voile de se briser sous cette pression.
« Les photons laser rempliront la voile comme de l’air soufflant sur un ballon de plage », a déclaré l’auteur principal Matthew Campbell, chercheur postdoctoral dans le groupe Bargatine, dans le même communiqué. « Et nous savons que les conteneurs légers et compacts doivent être sphériques ou cylindriques pour éviter les déchirures et les fissures. Pensez aux réservoirs de propane ou même aux réservoirs de carburant des fusées. »
modèle important
Le deuxième article a exploré comment un motif à l’intérieur de la voile pourrait répartir plus efficacement la chaleur de la lumière des faisceaux laser au sol.
« Si les voiles absorbent ne serait-ce qu’une infime fraction de la lumière laser incidente, elles chaufferont à des températures très élevées », explique l’auteur principal Aaswath Raman, chercheur au Département de science et d’ingénierie des matériaux de l’UCLA. Il a dit dans la même déclaration. « Pour nous assurer qu’il ne se désintègre pas simplement, nous devons augmenter sa capacité à émettre sa chaleur, qui est le seul mode de transfert de chaleur disponible dans l’espace. »
Auparavant, les chercheurs avaient suggéré que le « tissu » léger de la voile pourrait être recouvert de petits trous régulièrement espacés pour faire face à cette anxiété frénétique. Cependant, ces chercheurs suggèrent que la voile pourrait avoir des perforations en plus du tissu de la voile qui sont regroupées dans un motif en treillis pour maximiser la répartition de la chaleur.
« Il y a quelques années, penser ou faire des travaux théoriques sur ce type de concept était considéré comme un peu tiré par les cheveux », a déclaré le co-auteur Deep Jariwala, chercheur travaillant avec Bargattin à l’Université de Pennsylvanie, dans le même communiqué. « Maintenant, non seulement nous avons une conception, mais la conception est basée sur de vrais matériaux disponibles dans nos laboratoires. Notre plan pour l’avenir sera de fabriquer de telles structures à petite échelle et de les tester avec un laser haute puissance. »
Ces papiers étaient publié 16 février dans Nano Letters.
Envoyez un e-mail à Chelsea Gohd à [email protected] ou suivez-la sur Twitter Intégrer un tweet. Suivez-nous sur Twitter Intégrer un tweet Et sur Facebook.
