La course vers Mars et au-delà pourrait s’accélérer, littéralement, grâce à une nouvelle étude récemment publiée dans Acta Astronautica. Les voiles solaires, bien qu’une idée ancienne, prennent une nouvelle vie avec l’utilisation de matériaux avancés comme l’aérographe. Cette technologie pourrait révolutionner non seulement les voyages interplanétaires mais également les explorations vers l’espace interstellaire en réduisant drastiquement le temps et le carburant nécessaires.
Les fondamentaux de la propulsion solaire à voile
Tandis que les systèmes de propulsion conventionnels utilisent des formes de carburant pour accélérer un vaisseau spatial, les voiles solaires fonctionnent sur un principe fondamentalement différent. Au lieu de dépendre de la combustion chimique, ces voiles capturent la lumière solaire (plus précisément, les photons émis par le Soleil) pour se propulser dans l’espace. Ce qui change la donne, c’est la vitesse à laquelle ces voiles peuvent opérer, surtout si elles sont faites d’aérographe.
Selon René Heller, astrophysicien à l’Institut Max Planck, les voiles solaires pourraient être particulièrement efficaces pour transporter de petites charges utiles dans tout le Système solaire. « La principale valeur de la technologie des voiles solaires est la vitesse », explique-t-il. Cette vitesse est essentiellement fonction de la durée pendant laquelle la voile est exposée à la lumière solaire.
La magie de l’aérographe
L’aérographe est le matériau clé qui rend ce type de propulsion si prometteur. Julius Karlapp, assistant de recherche à l’université de technologie de Dresde et auteur principal de l’étude, explique que l’aérographe est un matériau exceptionnel pour les voiles solaires. Sa densité extrêmement faible (0,18 kg/m³) le rend idéal pour maximiser la force de poussée générée par les photons solaires.
Par comparaison, son poids est de quatre ordres de grandeur inférieur à celui du Mylar, qui est couramment utilisé pour les voiles solaires. Non seulement l’aérographe permet une meilleure accélération, mais ses propriétés mécaniques sont également impressionnantes, ajoutant un degré de fiabilité et de durabilité à ces systèmes de propulsion.
Des simulations pour Mars et au-delà
Les chercheurs ont effectué des simulations pour déterminer les meilleures méthodes pour envoyer des voiles solaires vers Mars et l’espace interstellaire. Ils ont utilisé deux différentes méthodes de transfert, l’une directement vers l’extérieur à partir d’une orbite polaire autour de la Terre et l’autre vers l’intérieur en commençant à environ 0,6 unité astronomique du Soleil.
Les simulations ont montré que la première méthode pourrait atteindre Mars en seulement 26 jours si elle est déployée depuis une orbite polaire terrestre lorsque Mars est en opposition par rapport au Soleil. D’autre part, la deuxième méthode pourrait atteindre la planète rouge en 126 jours, les 103 premiers jours étant nécessaires pour atteindre le point de déploiement à 0,6 unité astronomique (UA) du Soleil. Ce sont des améliorations significatives par rapport aux méthodes de propulsion traditionnelles qui prennent entre 7 et 9 mois pour effectuer le même trajet.
Pour des voyages jusqu’à l’héliopause, la frontière du Système solaire, le temps serait respectivement de 5,3 pour le transfert direct vers l’extérieur et 4,2 ans pour le transfert direct vers l’intérieur. À titre de comparaison, les sondes Voyager 1 et Voyager 2 ont mis environ 35 et 41 ans pour atteindre l’héliopause. La voile solaire atteint sa vitesse maximale avec la méthode de transfert vers l’intérieur après 300 jours, tandis qu’elle l’atteint après 2 ans environ avec l’approche de transfert vers l’extérieur, ce qui explique que l’héliopause soit atteinte plus rapidement.
Les défis à venir
Cependant, le succès de ces voyages ne dépend pas uniquement de l’accélération. Si les voiles solaires en aérographe offrent un potentiel énorme, elles présentent aussi de nouveaux défis, notamment en ce qui concerne la décélération une fois arrivées à destination.
Martin Tajmar, physicien et professeur de systèmes spatiaux à l’université de technologie de Dresde, évoque des solutions comme l’aérocapture, qui utilise l’atmosphère de Mars pour ralentir le vaisseau, ce qui réduirait considérablement la nécessité de carburants supplémentaires pour le freinage. « Nous étudions actuellement d’autres stratégies qui pourraient nous convenir. La méthode de freinage n’est qu’un des nombreux défis auxquels nous sommes actuellement confrontés », précise-t-il.
La technologie des voiles solaires n’est pas nouvelle et a été envisagée par la NASA dès les années 1970. Néanmoins, le lancement prochain du Solar Cruiser de la NASA en 2025 représente un exemple contemporain de cette innovation. À n’en pas douter, les voiles solaires et les matériaux avancés comme l’aérographe pourraient jouer un rôle central dans la future exploration de l’espace.
