Les 7 engins spatiaux les plus modernes de la planète

Récemment, les astronomes ont fourni des preuves claires de l'existence d'une « seconde Terre » en orbite autour de Proxima Centauri - l'étoile la plus proche du Soleil - une planète « étrange » qui a été récemment découverte.

Bien que ce système stellaire soit notre « voisin » cosmique, la distance qui le sépare de la Terre est d'environ 4,2 années-lumière, soit 40 000 milliards de kilomètres. Compte tenu de cette distance, est-il possible de voyager jusqu'à cette planète « récemment découverte » ?

La fusée à fusion géante du projet Daedalus associée à la fusée Saturn V de la NASA.

Mais si nous voulons faire un voyage au-delà du système solaire, nous aurons besoin de vaisseaux spatiaux un peu plus rapides, comme la fusée à fusion géante Project Daedalus de la NASA associée à la Saturn V, comme celle de l'illustration ci-dessus créée par l'ingénieur graphique et artiste spatial Adrian Mann, dont la mission est de montrer à quoi pourrait ressembler la technologie spatiale du futur.

Voici sept façons dont les robots ou même les explorateurs humains pourraient atteindre le système stellaire Proxima Centauri ou d’autres régions proches de l’espace.

1. Le vaisseau spatial Dédale

Le projet de cinq ans a abouti à la conception du vaisseau spatial Daedalus. (Crédit photo : Adrian Mann).

Ce projet de cinq ans a permis de concevoir le vaisseau spatial Daedalus – une fusée nucléaire à deux étages de 54 000 tonnes qui augmenterait la vitesse de la lumière d'environ 12 % par rapport à la sonde robotisée de 400 tonnes. Cela permettrait à la sonde d'effectuer le voyage de six années-lumière jusqu'à l'étoile de Barnard en environ 50 ans.

Les fusées du vaisseau spatial Daedalus sont propulsées par fusion nucléaire et utilisent des faisceaux d'électrons pour faire exploser des projectiles alimentés à l'hélium-3, un matériau extrait de la surface lunaire. Malgré cela, les moteurs consommeraient des dizaines de milliers de tonnes de carburant pour maintenir le vaisseau spatial à pleine vitesse pendant quatre ans, faute de réserve de carburant. Au final, un voyage de 50 ans ne nécessiterait que 70 heures de vol pour atteindre le système « cible », avant que le vaisseau n'atteigne la vitesse interstellaire.

« Le vaisseau spatial Daedalus est trop grand pour être lancé depuis la surface de la Terre, il sera donc construit en orbite - ce qui signifie que le vaisseau spatial Daedalus ne peut pas être construit sans l'échelle de construction spatiale qui n'existe pas actuellement », a déclaré Ian Crawford, professeur de science planétaire et d'astrobiologie au Birkbeck College au Royaume-Uni.

Le professeur Crawford a déclaré que la science derrière le concept du projet Daedalus est plus facile à comprendre aujourd'hui qu'à l'époque de la conception du vaisseau spatial. « Le coût et les défis techniques sont énormes ; il faudrait plus de 100 ans pour construire un vaisseau spatial comme Daedalus dans les étoiles », a-t-il ajouté.

2. Le vaisseau spatial Icare

Le vaisseau spatial Icarus est conçu pour voyager vers n'importe quelle étoile située à environ 22 années-lumière de la Terre. (Crédit image : Adrian Mann).

Le vaisseau spatial Icarus est conçu pour se diriger vers n'importe quelle étoile située à environ 22 années-lumière de la Terre et qui est habitable – ce qui signifie que si une planète est identifiée autour de Proxima Centauri, elle pourrait être une destination souhaitable.

« L'objectif du projet Icarus est de moderniser les concepts de Daedalus grâce à de nouvelles idées et technologies », a déclaré Crawford. « L'une des améliorations proposées concerne des moteurs-fusées à fusion utilisant différents combustibles nucléaires, déclenchés par des générateurs photoniques plutôt que par des faisceaux d'électrons – une technologie qui pourrait s'inspirer des récentes avancées en matière d'allumage laser au National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory, en Californie. »

La sonde Icarus est plus petite que la sonde de 400 tonnes proposée dans le vaisseau spatial Daedalus, grâce aux progrès de la miniaturisation de l'électronique - la robotique et les futures nanotechnologies - ce qui signifie que le vaisseau spatial transportera moins de carburant mais pourra toujours atteindre sa vitesse maximale.

3. Vaisseau spatial à voile légère

Le vaisseau spatial à voile lumineuse guidée par laser est la première étape du projet Breakthrough Starshot. (Crédit image : Adrian Mann).

Bien que les voiles légères alimentées par la lumière du soleil soient un moyen efficace d’explorer le système solaire, elles ne sont pas assez rapides pour couvrir des distances interstellaires dans un laps de temps raisonnable.

« La réponse pourrait être d'utiliser des lasers puissants pour pousser des voiles lumineuses à des vitesses très élevées avec la lumière au lancement, jusqu'à ce que le vaisseau spatial soit trop loin pour que la source laser puisse pousser une force plus forte sur les faisceaux lumineux », a déclaré Crawford.

Les lasers mobiles pouvant être construits sur Terre ou en orbite, la voile lumineuse interstellaire n'a plus besoin de transporter de carburant pendant son voyage. Son poids peut ainsi être réduit au minimum.

Ce vaisseau spatial à voile lumineuse guidée par laser constitue la première étape du projet Breakthrough Starshot, un programme de 100 millions de dollars annoncé cette année par l'investisseur Yuri Milner et le physicien Stephen Hawking. Le projet vise à construire un modèle fonctionnel d'ici 2036, la mission finale coûtant environ 10 milliards de dollars.

Le projet prévoit environ 1 000 vaisseaux spatiaux « StarChip » de la taille d'un autocollant, chacun pesant quelques grammes et attachés à un « vaisseau mère » en orbite avant d'être accélérés par des lasers au sol à des vitesses d'environ 15 à 20 pour cent de la vitesse de la lumière.

Cela permettrait au vaisseau spatial d'effectuer le voyage de quatre années-lumière jusqu'au système Alpha du Centaure — le système stellaire triple qui comprend l'étoile hôte Proxima du Centaure et la planète habitable — en environ 20 à 30 ans.

Les concepts à la base du projet Breakthrough Starshot ont été étudiés par Philip Lubin, professeur de cosmologie à l'Université de Californie à Santa Barbara, qui a déclaré : « Le plus grand défi restant est de générer suffisamment d'énergie laser pour pouvoir contrôler un vaisseau spatial à voile légère. »

4. Vaisseau spatial à statoréacteur Bussard

Le vaisseau spatial Bussard Ramjet créera de minuscules traces de gaz et de poussière trouvées dans l'espace interstellaire. (Crédit image : Adrian Mann).

Au lieu de transporter du carburant, le vaisseau spatial Bussard Ramjet créera de minuscules traces de gaz et de poussière trouvées dans l'espace interstellaire, appelé « milieu interstellaire », en utilisant un champ électromagnétique géant en forme d'entonnoir qui s'étend sur des milliers de kilomètres devant le vaisseau spatial.

L'hydrogène gazeux provenant du milieu interstellaire sera comprimé et utilisé comme carburant dans une fusée à fusion située à l'arrière du vaisseau spatial pour le propulser vers l'avant.

Théoriquement, un vaisseau spatial propulsé par un statoréacteur Bussard pourrait continuer à accélérer, à condition qu'il y ait suffisamment de gaz interstellaire sur son trajet pour générer une poussée et puisse atteindre une fraction de la vitesse de la lumière.

En conséquence, le vaisseau spatial Bussard a bénéficié d'un service long et honoré dans la science-fiction, notamment dans la série de romans et de nouvelles « Known Space » de Larry Niven, dont le roman « Ringworld » de 1970 et « Tau-Zero » de Poul Anderson - un équipage interstellaire qui force le vaisseau spatial Bussard à ralentir à des vitesses relativistes pour éviter la destruction.

Malheureusement, le milieu interstellaire orbite autour de notre système solaire et des étoiles proches, qui sont très petites, et les scientifiques estiment qu'il n'y aura pas assez d'hydrogène pour alimenter le vaisseau spatial Bussard Ramjet. « Ce n'est pas galactique », explique Crawford.

Cependant, il a expliqué : « Parmi les idées proposées pour surmonter ces limitations, on trouve un concept connu sous le nom de « Ram Augmented Rocket Stellar », qui collecte la matière de masse de réaction pour pouvoir diriger le vaisseau spatial vers l'avant, en utilisant l'énergie pour éclairer avec des lasers, et une « piste interstellaire » qui utilise une couche de carburant sédimentaire située devant la piste d'accélération du vaisseau spatial Bussard. »

5. Fusées à antimatière et trous noirs en mouvement

L'antimatière serait un excellent carburant pour fusée en raison de sa très haute densité énergétique. (Crédit image : Adrian Mann).

Outre les voiles légères, les lasers géants et les fusées à fusion, certaines options « exotiques » pour les voyages interstellaires ont été proposées, comme des fusées alimentées par des réactions d'annihilation extrêmement violentes (et incroyablement efficaces) de matière et d'antimatière.

« L'antimatière serait un excellent carburant pour fusée en raison de sa forte densité énergétique », a déclaré Crawford. « Mais bien sûr, elle n'existe pas dans la nature ; il faut la créer. Sa création est non seulement très difficile, coûteuse et dangereuse, mais elle pourrait également servir de carburant pour fusée. »

Une autre proposition visant à utiliser la physique exotique pour contrôler les engins spatiaux est le mouvement « Schwarzschild Kugelblitz » – utilisant un trou noir artificiel microscopique contenant un moteur à l’intérieur comme source d’énergie.

Ci-dessus se trouve une idée pour un vaisseau spatial appelé « SK Drive » - interceptant le rayonnement Hawking provenant de la désintégration rapide et extrêmement violente d'un minuscule trou noir et le convertissant en énergie utilisée pour propulser le vaisseau spatial.

Chaque trou noir artificiel ne peut durer que quelques années, de nouveaux trous noirs seraient donc créés à la demande en comprimant la matière avec des rayons gamma laser.

Theo nghiên cứu năm 2009, phi thuyền SK-drive được hỗ trợ bởi một hố đen nhỏ xíu với khối lượng của một tàu chở dầu hiện đại có thể tăng 10% tốc độ ánh sáng trong vòng 20 ngày. Các hố đen có thể tồn tại trong khoảng thời gian là ba năm rưỡi trước khi phân rã toàn bộ, chúng sản xuất ra hơn 160 PW (petawatts) hay 160 nghìn triệu triệu oát, năng lượng trong cả "cuộc đời" của nó.

6. "Tàu chậm"

Vẫn còn một số ý tưởng tồn tại trong khái niệm về "Tàu chậm" - có thể một ngày để đưa con người đến nơi những ngôi sao. (Nguồn ảnh: Adrian Mann).

Crawford nói thêm: "Tôi nghĩ rằng con người có thể khám phá các hành tinh hiệu quả hơn robot, những lý do về văn hóa trong việc con người khám phá không gian. Hiện giờ, nó đúng khi sử dụng rất tốt trên phạm vi giữa những ngôi sao - chỉ là do khoảng cách quá lớn và những khó khăn về mặt kỹ thuật nên giai đoạn này là giai đoạn gần như không thể hiểu được".

Mặc dù vậy, vẫn còn một số ý tưởng tồn tại trong khái niệm về "Tàu chậm" - có thể một ngày để đưa con người đến nơi những ngôi sao, gồm có:

Tàu Sleeper (Sleeper Ships), là nơi những thuyền viên trong tàu luôn được giữ trong trạng thái "ngủ sâu" hoặc "lơ lửng" trong suốt một hành trình dài. Con tàu này đã xuất hiện trong nhiều bộ phim khoa học viễn tưởng như "2001: A Space Odyssey" của Stanley Kubrick được thực hiện vào năm 1969, "Alien" của Ridley Scott năm 1979 và "Avatar" của James Cameron năm 2009.

Tàu World Ships, còn được gọi là "tàu thế hệ" hoặc "thuyền lớn liên sao" - một con thuyền khổng lồ có không gian khép kín chứa được số lượng người lớn và các loài khác sống trên Trái đất. Con tàu này thực hiện chuyến du hành đến định cư ở những hành tinh "kỳ lạ" khá thoải mái nhưng chuyến đi có thể mất hàng thế kỷ mới kết thúc. Các thế hệ con người sẽ sống và chết trong chuyến du hành và chỉ còn thế hệ con cháu của họ có thể đi tới đích.

Tàu Embryo làm đông lạnh tế bào gốc của con người thay vì "ngủ sâu" hay vẫn duy trì sự sống của con người để đến một hành tinh xa xôi - nơi mà họ có thể "tồn tại" và thực hiện nghiên cứu bởi một phi hành đoàn đã có robot bảo vệ.

7. Tàu Faster-than-light

Khái niệm về tàu vũ trụ faster-than-light vẫn còn nhiều ẩn số. (Nguồn ảnh: Adrian Mann).

Partout où les astronomes ont observé l'univers, la théorie de la relativité s'est avérée vraie. Comme l'a démontré Albert Einstein : « Dans l'espace, il est impossible d'accélérer une masse à la vitesse de la lumière puis de l'ignorer. »

Cependant, les équations d'Einstein pourraient encore conserver certaines astuces du métier, reliant un processus connu de la physique et lançant un voyage à des vitesses plus rapides que la lumière (FTL) - le Saint Graal pour des générations de fans de science.

Le concept scientifique le plus célèbre pour le voyage FLT est le moteur Alcubierre, proposé par le physicien théoricien Miguel Alcubierre en 1994.

Les moteurs proposés fonctionnent en utilisant la force gravitationnelle intense, créée par deux anneaux rotatifs de matière dense exotique, pour rétrécir physiquement l'espace devant le vaisseau spatial, tout en élargissant l'espace derrière lui, à des vitesses qui pourraient dépasser la vitesse de la lumière.

La proposition d'Alcubierre exigeait qu'il y ait une sorte de matière exotique autour des anneaux dont l'existence était inconnue, le vaisseau spatial à l'intérieur de la « bulle de bulles » créée par le moteur n'irait jamais plus vite que la lumière dans son propre espace, donc ne violerait pas les lois de la relativité.

D'autres idées spéculatives pour le voyage FTL incluent l'utilisation de trous de ver - qui n'existent théoriquement pas - pour atteindre le milieu de l'espace d'intrication, ou le risque de traverser les bords d'un grand trou noir en rotation, comme le montre le film de Christopher Nolan de 2014 "Interstellar".

Mais le professeur Crawford note également que « le concept d'un vaisseau spatial plus rapide que la lumière est encore plein d'inconnues et de contradictions qui violent clairement le principe de causalité : chaque situation est créée par d'autres situations passées et il n'y a rien autour. C'est donc comme une proposition impossible à prouver, même si elle est acceptée par des technologies réalisables. »

« Je ne veux pas paraître trop pessimiste, car je vois les énormes avantages que les humains tireront du voyage vers les étoiles, mais la physique est la physique et c'est vraiment difficile », a déclaré Crawford.

Selon Khoahoc.tv