Entre la croissance exponentielle de l’industrie spatiale commerciale (alias NewSpace) et les missions prévues pour la Acheter Pointeur Laser Lune au cours de cette décennie, il est généralement admis que nous vivons dans “l’ère spatiale 2.0”. Encore plus ambitieuses sont les propositions d’envoyer des missions avec équipage sur Mars au cours de la prochaine décennie, ce qui verrait des astronautes voyager au-delà du système Terre-Lune pour la première fois. Le défi que cela représente a inspiré de nombreuses nouvelles idées innovantes pour les engins spatiaux, les systèmes de survie et la propulsion.
En particulier, les planificateurs de missions et les ingénieurs étudient la propulsion à énergie dirigée (DE), où des réseaux laser sont utilisés pour accélérer les voiles légères à des vitesses relativistes (une fraction de la vitesse de la lumière). Dans une étude récente, une équipe de l’UCLA a expliqué comment une flotte de minuscules sondes avec des voiles légères pourrait être utilisée pour explorer le système solaire. Ces sondes s’appuieraient sur un réseau laser de faible puissance, étant ainsi plus rentables que des concepts similaires, mais seraient beaucoup plus rapides que les fusées conventionnelles.
L’étude a été menée par Ho-Ting Tung, un étudiant diplômé en génie aérospatial de l’UCLA, et le professeur adjoint Artur R. Davoyan, tous deux membres du Davoyan Research Group (DRG), dont le professeur Davoyan est le fondateur. Ce groupe est dédié à l’étude de l’énergie dirigée et des interactions lumière-matière dans le but de développer la « photonique spatiale ». Laser Vert Pas Cher L’article qui décrit leurs découvertes est récemment paru dans la revue Nano Letters, une publication supervisée par l’American Chemistry Society (ACS).
Pendant des décennies, les scientifiques ont étudié les voiles légères comme moyen possible d’exploration spatiale. Ces engins spatiaux offrent de nombreux avantages par rapport aux concepts conventionnels, dont le principal est la façon dont ils renoncent au besoin de propulseur. Pour la plupart des conceptions, le propulseur constitue une grande partie de la masse d’un vaisseau spatial, ce qui nécessite de grands réservoirs de stockage, ce qui entraîne une masse supplémentaire, etc. En ce qui concerne les voyages spatiaux interstellaires, cela devient un terrible fardeau.
En utilisant la propulsion conventionnelle, atteindre même le système stellaire le plus proche – Proxima Centauri, situé à environ 4,25 années-lumière – pourrait prendre plusieurs milliers d’années. Pour cette raison, plusieurs organisations explorent les concepts de mission de voile légère comme moyen de voyage interstellaire. Cela inclut Breakthrough Starshot, Project Dragonfly et Project Lyra, qui impliquent l’utilisation de grands réseaux jusqu’à 100 GigaWatts (GW) de puissance pour propulser les engins spatiaux à des vitesses relativistes et réaliser des voyages interstellaires.
Mais comme le professeur Davoyan l’a dit à Universe Today par e-mail, ces approches ont Laser 2000mW également des applications pour explorer le système solaire :
“Se rendre dans d’autres systèmes stellaires est très difficile en raison des distances astronomiques. Par exemple, le système le plus proche est à environ 4 années-lumière de nous. L’atteindre avec n’importe quel moyen de propulsion conventionnel nécessiterait des milliers d’années. Plusieurs approches différentes sont envisagées pour accélérer les vols spatiaux : principalement la propulsion par fusion et l’énergie dirigée, comme avec l’utilisation de lasers.
“En même temps, même atteindre les confins de notre système solaire, comme les planètes extérieures, la ceinture de Kuiper, Laser Vert 300mW et pénétrer dans le milieu interstellaire est très très difficile. Cela prend des années de temps de vol et de développement de mission. Nous discutons d’une nouvelle façon d’utiliser la propulsion laser à faisceaux pour envoyer des sondes vers des planètes extérieures.
Vue d’artiste du concept de vaisseau spatial Dragonfly. Crédit et droit d’auteur : David A Hardy (2015)
Pour les besoins de leur étude, Ho-Ting et Davoyan ont examiné divers profils d’engins spatiaux avec différents degrés de taille et de puissance laser. Ceux-ci comprenaient un réseau allant de 100 kilowatts (kW) à 1 mégawatt (MW), ce qui est de faible puissance par rapport aux concepts interstellaires. Comme Starshot et Dragonfly, ils ont calculé pour des sondes à l’échelle du gramme allant de 10 à 100 grammes de masse. À partir de là, ils ont imaginé une sonde de plaquette d’environ 45 cm (18 pouces) de diamètre avec une électronique intégrée d’un côté et une structure à l’échelle nanométrique de l’autre.
Au-delà de l’énergie dirigée, ce concept intègre un autre domaine d’expertise du Groupe de Recherche Davoyan. C’est le domaine connu sous le nom de nanophotonique, la science de la façon dont les matériaux à l’échelle de quelques nanomètres interagissent avec la lumière, avec des applications allant des communications à large bande et du photovoltaïque à la propulsion des engins spatiaux. En fin de compte, ils ont découvert que des réseaux de 100 kW et des voiles de silicium ou de nitrure de bore permettraient des missions interplanétaires rapides et rentables. Dit Davoyan :
« Nous montrons que notre approche peut être beaucoup plus rapide que tout autre système de propulsion conventionnel, comme la propulsion électrique et chimique. Voyager 1 est le vaisseau spatial interplanétaire le plus rapide jamais construit. Voyageant à environ 17 km/s de vitesse de croisière, il a fallu environ 45 ans pour atteindre 100 UA. Notre système peut être 4 fois plus rapide que cela. Quelques approches conceptuelles avec propulsion nucléaire avec plusieurs assistances gravitationnelles Certaines approches conceptuelles avec propulsion nucléaire avec plusieurs assistances gravitationnelles peuvent être tout aussi rapides.
« Cependant, les sondes dont nous discutons sont peu coûteuses et ne sont pas limitées par le temps de développement ou la fenêtre de lancement, ce qui les rend plus agiles. En général, un coût très faible et la possibilité de tirer parti de la fabrication de masse permettent une nouvelle façon d’explorer l’espace, dans laquelle chacun peut accéder facilement aux missions dans l’espace lointain. Nous pensons que cela transformera la science spatiale.
La capacité de mener des missions à faible coût et à déploiement rapide présente de nombreux avantages. La mission New Horizons détient le record de l’objet le plus rapide jamais lancé depuis la Terre, avec une trajectoire d’évasion d’environ 16,26 km/s (58 500 km/h ; 36 400 mph). Néanmoins, il a fallu neuf ans et demi à la sonde pour atteindre Pluton et capturer les images les plus détaillées jamais prises de sa surface. Il en va de même pour les missions Voyager 1 et 2, qui ont été lancées depuis la Terre en 1977 et ont atteint la périphérie du système solaire en 2004 et 2007, respectivement.
Alors que les retours scientifiques de toutes ces missions étaient incommensurables, une option à faible coût qui pourrait atteindre leurs destinations en une fraction du temps produirait ces types de retours sur une base beaucoup plus régulière. Les opportunités ne manqueront pas avec les missions prévues pour Europa, Titan, Triton et la ceinture de Kuiper dans les années à venir. En plus de rendre ces missions plus rapides et moins chères, les sondes à voile légère pourraient également permettre plus de missions pour le même coût.
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