Les 7 engins spatiaux les plus modernes de la planète

Récemment, des 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 en dehors 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 une fusée Saturn V - comme celle de l'illustration ci-dessus créée par l'ingénieur graphique et artiste spatial Adrian Mann, dont le travail 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 de Proxima Centauri ou d’autres régions cosmiques proches.

1. 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 abouti au concept du 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. Le voyage de la sonde, d'une durée de six années-lumière, jusqu'à l'étoile de Barnard prendrait ainsi 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. Les moteurs eux-mêmes 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 qu'il 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 de 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 objet semblable à Daedalus dans les étoiles », a-t-il ajouté.

2. Le vaisseau spatial Icare

Le vaisseau spatial Icarus est conçu pour se diriger 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 à moins de 22 années-lumière de la Terre 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, allumés 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 Laboratoire national Lawrence Livermore, 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 lumineuse

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

« La solution pourrait être d'utiliser des lasers puissants pour pousser des voiles lumineuses à très grande vitesse avec les faisceaux lumineux au lancement, jusqu'à ce que le vaisseau spatial soit trop éloigné pour que la source laser puisse appliquer plus de force aux faisceaux lumineux », explique Crawford.

Comme les lasers mobiles pouvaient être construits sur Terre ou en orbite, le vaisseau spatial interstellaire à voile lumineuse n'aurait plus besoin de transporter de carburant pendant son voyage. Son poids pourrait 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 lumineuse. »

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 le roman « Tau-Zero » de Poul Anderson de 1970, dans lequel un équipage interstellaire force le vaisseau spatial Bussard à souffrir de vitesses relativistes pour éviter la destruction.

Malheureusement, le milieu interstellaire en orbite autour de notre système solaire et des étoiles proches est très restreint, et les scientifiques estiment qu'il n'y aura pas assez d'hydrogène pour alimenter un vaisseau spatial à statoréacteur Bussard. « 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 densité énergétique très élevée. (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 les 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 très haute densité énergétique », a déclaré Crawford. « Mais bien sûr, elle n'existe pas dans la nature ; nous devons 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 la manœuvre « 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 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 exister que quelques années, de nouveaux trous noirs seraient donc créés à la demande en comprimant la matière avec des lasers gamma.

Selon une étude de 2009, la sonde SK-drive, propulsée par un minuscule trou noir de la masse d'un pétrolier moderne, pourrait atteindre 10 % de la vitesse de la lumière en 20 jours. Les trous noirs peuvent exister jusqu'à trois ans et demi avant de se désintégrer complètement, produisant plus de 160 pétawatts (PW), soit 160 quadrillions de watts, d'énergie au cours de leur durée de vie.

6. « Train lent »

Certaines idées persistent autour du concept de « train lent » – qui pourrait un jour emmener les humains vers les étoiles. (Source de l'image : Adrian Mann).

Crawford a ajouté : « Je pense que les humains peuvent explorer les planètes plus efficacement que les robots. Il existe des raisons culturelles qui poussent les humains à explorer l'espace. Pour l'instant, il est vrai que cela fonctionne très bien à distance interstellaire. C'est juste que les distances sont si grandes et les difficultés techniques si importantes que cette étape est presque incompréhensible. »

Il existe néanmoins un certain nombre d'idées qui persistent dans le concept d'un « Train lent » - un train qui pourrait un jour emmener les humains vers les étoiles, notamment :

Les navires dormeurs, où les membres de l'équipage sont maintenus dans un état de « sommeil profond » ou de « flottement » pendant les longs voyages, sont apparus dans de nombreux films de science-fiction tels que « 2001 : L'Odyssée de l'espace » de Stanley Kubrick réalisé en 1969, « Alien » de Ridley Scott en 1979 et « Avatar » de James Cameron en 2009.

Les vaisseaux-mondes, aussi appelés « vaisseaux générationnels » ou « arches interstellaires », sont des vaisseaux géants et fermés pouvant accueillir un grand nombre d'humains et d'autres espèces vivant sur Terre. Ces vaisseaux rendent la colonisation de planètes « exotiques » relativement confortable, mais le voyage peut prendre des siècles. Des générations d'humains vivront et mourront au cours de ce voyage, et seuls leurs descendants pourront atteindre leur destination.

Le vaisseau spatial Embryo congèle les cellules souches humaines au lieu de les « endormir profondément » ou de les maintenir en vie sur une planète lointaine – où elles peuvent « survivre » et mener des recherches grâce à un équipage protégé par des robots.

7. Train plus rapide que la lumière

Le concept d’un vaisseau spatial plus rapide que la lumière reste un mystère. (Source de l’image : 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 révéler quelques secrets à la science, mettant fin à un processus dont les lois de la physique sont connues et permettant des voyages à des vitesses supérieures à la lumière (FTL) - le Saint Graal pour des générations de passionnés de science.

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

Les moteurs proposés fonctionneraient 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 situé à l'intérieur de la « bulle » 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 d'une zone spatio-temporelle intriquée, 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 survenues dans le temps et qui n'ont rien à voir avec elle. C'est donc comme une proposition impossible à prouver, même si elle est techniquement réalisable. »

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

Selon Khoahoc.tv