Intéressons-nous aujourd’hui à un sujet pour le moins intéressant. Vous en avez peut-être déjà entendu parler, il s’agit du projet « BreakThrough StarShot » annoncé le 12 avril dernier au One World Observatory à New Work. Il s’agit d’une collaboration entre l’astrophysicien Stephen Hawking et Yuri Milner, un milliardaire russe connu pour ses projets ambitieux, plus ou moins liés à l’espace.

Le projet BreakThrough StarShot consiste en un nano-vaisseau qui serait lancé à une vitesse jamais encore atteinte dans l’espace, pour rejoindre Alpha du Centaure, une des étoiles les plus proches de la Terre située à 4 années-lumière. Il faut savoir que ce projet est le fruit d’une réflexion qui s’étend depuis déjà plus de 20 ans.

C’était déjà en juillet 2015, que Stephen Hawking et Yuri Milner avaient annoncé l’opération « BreakThrough » avec notamment l’aide de Mark Zuckerberg, fondateur de Facebook, pour débloquer la somme de 100 millions de dollars afin d’en financer le développement. Il faut savoir que ce projet réunit trois éléments : des nano-vaisseaux (ou microsondes) de la taille d’une carte SD, une toile nommée « LightSail » (voiles solaires) et des rayons lasers.

« Le concept de Breakthrough reprend des technologies qui sont déjà disponibles ou qui le seront probablement dans un futur proche », explique Milner.

 

Comment fonctionne le projet BreakThrough StarShot ?

Les rayons lasers viendront frapper la surface de la toile pour propulser le dit nano-vaisseau, pesant aux alentours d’un gramme seulement. En effet, l’émetteur laser a pour but d’éclairer la voile solaire pour la faire accélérer.

Le nano-vaisseau sera propulsé grâce aux lasers ou à la lumière du soleil. Les voiles sont paraboliques dans le but d’obtenir plus d’énergie de la chaleur, plutôt que du vent solaire.

Les micro-sondes auront la dimension d’un timbre poste.

La puissance du laser sera de l’ordre de 100 gigawatts et consistera probablement en une « grille » de plusieurs lasers de puissance inférieure. Le nano-vaisseau équipé de caméras, de capteurs miniatures, d’outils de navigation et de communication, d’équipement de propulsion et d’une alimentation électrique pourra atteindre une vitesse équivalente à 20% de la vitesse de la lumière à peine quelques minutes après son lancement. Soit environ 200 millions de kilomètres par heure. C’est environ 1000 fois plus rapide que la vitesse maximale de nos fusées actuelles. Plusieurs prototypes de ces nouvelles technologies ont été présentés au moment même de l’annonce.

Ces nano-vaisseaux seront très nombreux (de l’ordre du millier, peut-être même bien plus). Chaque sonde, dotée de toutes les caractéristiques décrites plus haut, pourra remplir sa mission car elle ne sera pas unique, ce qui rend la perte potentielle de certaines de ces sondes, non problématique.

Chaque sonde sera envoyée à 41 350 milliards de kilomètres (soit précisément 4,37 années-lumière) par un faisceau de lumière et devrait atteindre Alpha du Centaure en 20 ans. Pour comparaison, le vaisseau spatial le plus rapide qui existe à l’heure actuelle mettrait environ 30’000 ans pour atteindre cette même étoile.

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La sonde, équipée d’une voile solaire. Crédits : Wikipédia

Grâce au fait que le nano-vaisseau soit poussé par plusieurs lasers combinés en un seul faisceau puissant, il sera en mesure d’atteindre Pluton en quelques jours seulement (au lieu des huit ans et demi qu’il a fallu à la sonde New Horizons de la NASA).

« Sans nouvelles méthodes de propulsion, nous ne pouvons presque rien faire », a déclaré Stephen Hawking, qualifiant le nano-vaisseau de « technologie la plus pragmatique disponible ».

L’ensemble est attaché à une voile solaire, une feuille très fine pesant quelques grammes seulement. Cette voile sera le système de propulsion de la sonde. Plusieurs lasers, qui auront une puissance combinée de 100 gigawatts, pousseront la sonde ultralégère jusqu’à ce qu’elle atteigne la vitesse de 161 millions de kilomètres par heure ! Cette technologie pourrait être utilisée par la suite pour l’exploration en profondeur du système solaire.

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Le nano-vaisseau sera propulsé grâce aux lasers et à la lumière du soleil. Les voiles sont paraboliques dans le but d’obtenir plus d’énergie de la chaleur, plutôt que du vent solaire !

Le véritable « voilier interstellaire » comme l’a nommé Milner, « pourrait capturer des images de planètes potentielles et d’autres données scientifiques et les envoyer à la Terre via un faisceau de lumière ».

 

De vrais challenges techniques !

Bien entendu, il y a un certain nombre d’obstacles techniques. Le fait de construire des lasers assez puissants et imaginer des moyens de communication efficaces à travers l’espace interstellaire, en est clairement un. Prenons par exemple d’autres éléments importants à prendre en considération lors de cette mission vers les étoiles.

  • Manœuvrabilité de la sonde : des diodes laser serviront à corriger la direction de déplacement des sondes. Il y aura un total de quatre diodes, pour quelques Watt seulement qui serviront à diriger le vaisseau.
  • Appareil photo : le détecteur photographique sera un ensemble de quatre détecteurs plénoptiques permettant de voir dans toutes les directions.
  • Blindage : la voile solaire devra résister aux impacts des poussières interstellaires et l’alliage actuellement envisagé est le bronze au béryllium.
  • La stabilité de la sonde pendant l’accélération : les propriétés de la voile devront être parfaitement homogènes afin de pouvoir maîtriser la trajectoire de la sonde durant son accélération. Les procédés existent, il ne reste plus qu’à les appliquer à la voile solaire.
  • Focalisation du faisceau laser : le but est de focaliser le faisceau sur les voiles des microsondes durant les 2 millions de kilomètres parcourus durant l’accélération. Il est actuellement possible de focaliser les rayons lasers sur un angle de l’ordre du nanoradian mais il semble possible de descendre sous l’échelle du nanoradian en utilisant des procédés d’interférométrie (actuellement fait avec l’Event Horizon Telescope pour des longueurs d’ondes de l’ordre du millimètre). Le but étant d’avoir un rayon laser de longueur d’onde micrométrique. Tous les émetteurs seront synchronisés en phase pour limiter la diffraction.
  • La poussière interstellaire : elle va forcément altérer l’intégrité de la voile solaire. La replier pourrait être une solution et la section du vaisseau dans le sens de son déplacement devra être la plus petite possible.
  • Point important et non négligeable : la méconnaissance d’Alpha du Centaure ! En effet, la méconnaissance du système stellaire d’arrivée fait partie de l’objet de la mission et nous apportera, espérons-le, plus d’informations sur cette exoplanète.
  • Réception du signal depuis la Terre. Il sera possible de reconfigurer l’émetteur laser en radiotélescope, afin d’isoler puis interpréter les signaux des microsondes. L’avantage d’avoir un émetteur laser est d’avoir des photons émis sur une fréquence dite « pure ». Il sera donc possible de filtrer le signal du halo extrêmement intense généré par le système binaire d’Alpha du Centaure. Selon les calculs, 20 000 photons par seconde pourraient être reçus par le télescope servant de source laser sur le km² de surface, représentant un rapport signal sur bruit de 10^-7 (potentiellement exploitable).

Tant d’éléments à prendre en compte (et ceux-ci n’en sont qu’une infime partie) qui au final ne représentent que des obstacles techniques à franchir et qui ne découragent pas Stephen Hawking et Yuri Milner. Ce-dernier souligne que « pour la première fois dans l’histoire, nous pouvons faire plus que regarder les étoiles. Nous pouvons les atteindre » !

 

BONUS VIDÉO : les explications du projet par Yuri Milner.

Source : BreakThrough StarShot, Wikipédia
Image de titre : « Hyperdrive » par Gabriel Gajdoš

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