Moteur EmDrive

Pour réussir l’exploration de l’espace, l’humanité doit constamment explorer et découvrir de nouvelles technologies qui permettraient de mettre au point des équipements plus puissants et des systèmes de survie de l’équipage pour les futures missions spatiales. L’une de ces technologies révolutionnaires pourrait être l’hypothétique moteur électromagnétique EmDrive, que l’on pensait jusqu’à récemment impossible. Cependant, en 2016, la NASA a publié les résultats des recherches et des expériences menées sur le moteur, qui prouvent sa faisabilité. La prochaine étape de l’agence spatiale américaine dans l’étude de cette question est de mener des expériences sur le moteur EmDrive dans l’espace.

Mais commençons dans l’ordre

Le principe de fonctionnement du moteur à réaction

Tout d’abord, examinons brièvement le principe de fonctionnement d’un moteur-fusée ordinaire. Il existe trois types de moteurs-fusées les plus courants :

• Le moteur chimique est le type de moteur-fusée le plus courant. Son principe de fonctionnement est le suivant : en fonction de l’état global du carburant (moteur à propergol solide ou liquide), un oxydant est mélangé d’une manière ou d’une autre au carburant pour former un propergol. Après la réaction chimique, le carburant brûle, laissant derrière lui des produits de combustion — des gaz chauffés en expansion rapide. Le jet de ce gaz sort de la tuyère de la fusée, formant ce que l’on appelle le «corps de travail», qui est le même jet de «feu» que l’on voit souvent, par exemple, dans les programmes télévisés ou les films.
• Nucléaire — type de moteur dans lequel un gaz (par exemple l’hydrogène ou l’ammoniac) est chauffé grâce à l’énergie produite par des réactions nucléaires (désintégration ou fusion nucléaire).
• Électrique — moteur dans lequel le gaz est chauffé par l’énergie électrique. Par exemple, le type thermique d’un tel moteur chauffe le gaz (corps de travail) au moyen d’un élément chauffant, tandis que le type statique accélère le mouvement des particules de gaz au moyen d’un champ électrostatique.

Assemblage d’un moteur à réaction

Le corps d’un tel moteur doit être constitué de métal non fondant.

Quel que soit le type de moteur choisi, il faudra une quantité impressionnante de carburant pour le faire fonctionner, ce qui rend l’engin spatial beaucoup plus lourd et exige plus de puissance de la part du même moteur.

Le moteur EmDrive : de quoi s’agit-il et comment fonctionne-t-il ?

En 2001, l’ingénieur britannique Roger Scheuer a proposé un nouveau type de moteur électrique, dont le principe est fondamentalement différent de celui des moteurs énumérés ci-dessus.

Il s’agit d’une chambre métallique fermée (résonateur) en forme de cône tronqué (quelque chose comme un seau avec un couvercle), qui a un certain coefficient de réflexion du rayonnement micro-ondes. Le magnétron connecté au cône génère un rayonnement électromagnétique dans la gamme des micro-ondes, qui pénètre dans le résonateur et crée ce que l’on appelle une onde stationnaire. En raison de la résonance, l’énergie d’oscillation des micro-ondes augmente.

Comme nous le savons, la lumière, ou le rayonnement électromagnétique, exerce une pression sur une surface. En raison du rétrécissement de la chambre d’un côté, la pression des micro-ondes sur la plus petite base du cône tronqué est inférieure à la pression sur la plus grande base. Si l’on considère la chambre comme un système fermé, l’effet décrit ci-dessus se traduirait uniquement par une charge sur le matériau de la chambre, avec une pression plus importante d’un côté de la chambre. Cependant, le créateur du concept de moteur EmDrive affirme que ce système est ouvert en raison de la vitesse ultime du rayonnement électromagnétique («vitesse de la lumière»).

Zones de poussée générées par des particules

Le principe physique d’un tel moteur n’est pas tout à fait clair. Roger Scheuer est convaincu qu’une explication de cette technologie est possible dans le cadre de la mécanique newtonienne bien connue. Il est probable qu’en raison de la présence d’un coefficient de réflexion du rayonnement micro-ondes dans la chambre, une petite partie du rayonnement sort à l’extérieur, hors du résonateur, ce qui rend le système ouvert. Dans le même temps, le rayonnement s’échappe du côté de la base plus large du cône tronqué dans une plus large mesure en raison de la plus grande surface de la base. Le rayonnement micro-ondes qui s’échappe sera alors un analogue du corps de travail, qui crée la poussée qui déplace le vaisseau spatial dans la direction opposée aux micro-ondes émises.

En même temps, les chercheurs de la NASA suggèrent que la vérité sur l’action du moteur se trouve beaucoup plus loin, dans la mécanique quantique, dans la théorie générale de la relativité, selon laquelle le système est ouvert. En simplifiant au maximum la théorie, on peut dire que les particules peuvent disparaître et naître dans une boucle fermée de l’espace-temps.

Schéma du moteur EmDrive

La faisabilité de la réalisation du moteur par une telle méthode a été évaluée par plusieurs organismes de recherche, dont la NASA.

Résultats expérimentaux

Pendant 15 ans, de nombreuses expériences ont été menées. Bien que les résultats de la plupart d’entre elles aient confirmé la faisabilité du concept du moteur, l’opinion des experts indépendants différait de celle des expérimentateurs. La principale raison de la réfutation des résultats des expériences est que l’expérience n’a pas été conçue et réalisée correctement.

Finalement, les recherches sur le moteur EmDrive ont été reprises par l’agence spatiale américaine, qui dispose de ressources suffisantes pour réaliser une expérience capable de rendre un verdict définitif. Il s’agit du laboratoire expérimental de la NASA, Eagleworks, où un prototype du moteur EmDrive a été construit. Le moteur a été placé dans un vide où toute convection thermique est éliminée, et il s’est avéré que le prototype était effectivement capable de produire une poussée. Selon un récent rapport de la NASA, le laboratoire a pu produire une poussée avec un facteur de puissance de 1,2±0,1 mN/kW. Ce chiffre est encore nettement inférieur à la puissance des moteurs de fusée utilisés aujourd’hui, mais environ cent fois supérieur à la puissance des moteurs à photons et des voiles solaires.

Avec la publication du rapport d’expérience, l’expérimentation du moteur dans des conditions terrestres est probablement terminée. La NASA prévoit de mener d’autres expériences EmDrive dans l’espace.

Application

Fonctionnement de l’EmDrive

L’existence d’un tel moteur entre les mains de l’humanité élargit considérablement les possibilités d’exploration de l’espace. En commençant relativement petit, un EmDrive installé sur l’ISS réduirait considérablement les réserves de carburant de la station. Cela permettrait de prolonger la durée de vie de la station et de réduire considérablement les missions de transport de carburant. Par conséquent, le financement des missions et le soutien aux opérations de la station seraient réduits.

Si l’on considère un satellite géostationnaire typique sur lequel ce moteur serait installé, la masse du véhicule serait réduite de plus de la moitié. De même, l’EmDrive aura un effet similaire sur un vaisseau spatial habité, qui se déplacera sensiblement plus vite.

Si l’on s’en tient à la puissance du moteur, les calculs montrent que le potentiel d’EmDrive permet d’envoyer six astronautes et du matériel sur la Lune, puis de revenir sur Terre en 4 heures environ. De même, un vol vers Mars, avec une technologie similaire, prendrait deux ou trois mois. Un vol vers Pluton prendrait environ deux ans. D’ailleurs, la station New Horizons a duré 9 ans.

En résumé, il convient de noter que la technologie EmDrive est capable d’augmenter considérablement la vitesse des engins spatiaux, ce qui permet d’économiser de l’argent sur le fonctionnement des engins spatiaux et sur le carburant. En outre, ce moteur permet à l’humanité de réaliser des missions spatiales qui, jusqu’à présent, étaient à la limite du possible.

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Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023