La voile solaire est un concept destiné à remplacer les moteurs-fusées classiques sur notre route vers les étoiles lointaines.
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Qu’est-ce qu’une voile solaire ?
L’humanité utilise depuis longtemps la propriété d’une voile pour déplacer des objets sur l’eau ou sur terre en utilisant l’énergie du vent. Aussi étrange que cela puisse paraître, à l’ère de l’exploration spatiale, nous sommes revenus à cet outil éprouvé. Cette fois, le tissu est remplacé par la plus fine des surfaces réfléchissantes, et le rôle du vent est joué par la force motrice de la lumière du soleil.
Matériaux par thème
L’avantage d’une telle conception est la possibilité de voler sans contrainte de temps. Le carburant utilisé par les engins spatiaux ne s’épuise jamais, et les quanta de lumière solaire qui envoient une impulsion à la surface des corps ne s’épuiseront pas avant plusieurs milliards d’années.
Comment cela fonctionne-t-il ?
L’idée de créer un vaisseau spatial utilisant une voile solaire a été développée par Friedrich Zander, un scientifique soviétique à l’origine de la science des fusées. En 1924, il a écrit l’article «Vols vers d’autres planètes», dans lequel il présentait un schéma de conception de la voile et les principes de son fonctionnement. Zander fonde sa théorie sur les expériences de P. N. Lebedev, qui confirme l’existence d’une légère pression. Les fondements théoriques de ce phénomène ont été étayés par J. Maxwell en 1873, mais à l’époque, de nombreux scientifiques l’ont traité avec scepticisme. La particule qui crée une telle impulsion est un photon. Il est doté des propriétés d’une onde électromagnétique et d’une particule, n’a pas de charge et est un quantum de lumière. Le flux de photons exerce une certaine pression sur la surface éclairée. Pour une utilisation sur des engins spatiaux, une voile de l’ordre de quelques kilomètres carrés est nécessaire.
Voyage le long de la Voie lactée tel qu’imaginé par l’artiste
La pression créée par le flux de lumière solaire (photons) forcera le véhicule à s’éloigner du Soleil sans consommer de carburant. Par analogie avec les voiles de mer, les manœuvres se font dans l’espace. En changeant l’angle de la structure, la direction du vol peut être corrigée. L’inconvénient de l’utilisation d’une voile est l’impossibilité de se déplacer vers le Soleil. À une grande distance de notre étoile, le flux de photons s’affaiblit proportionnellement au carré de la distance, et à la limite du système, son intensité tombe à 0. Par conséquent, pour assurer un flux lumineux stable et l’accélération initiale de la voile, de puissantes installations laser sont nécessaires. Aujourd’hui, deux types de conception ont été mis au point : l’accélération par ondes électromagnétiques et par impulsions de photons.
De quoi est faite la voile ?
Pour les vols interplanétaires, le poids du vaisseau et la quantité de carburant pour les fusées sont des aspects importants. L’utilisation d’une voile solaire en remplacement du moteur réduira considérablement cette charge. Le matériau utilisé pour sa fabrication doit être léger et résistant, avec un pouvoir réfléchissant élevé. L’ajout de nervures métalliques augmente la sécurité d’utilisation, car la toile est exposée aux impacts de météorites.
Matériaux par thème
La densité de surface du matériau en fibres composites ne dépasse pas 1 g/m3 et son épaisseur est de quelques microns. Parmi les options existantes, les plus prometteuses sont considérées comme étant le Kapton et le Mylar — les films polymères les plus fins avec un revêtement en aluminium. Le développement de nouvelles nanotechnologies ouvre des perspectives étonnantes dans la production de voiles solaires, qui peuvent être perforées et pratiquement sans poids, ce qui signifie une plus grande efficacité d’utilisation.
Premiers essais
Le projet russe Znamya-2, créé pour expérimenter les réflecteurs, a déployé une voile solaire pour la première fois en 1993. La taille de la structure constituée d’une fine pellicule recouverte d’un revêtement réfléchissant était de 20 mètres. Les scientifiques japonais ont créé un modèle de voile solaire composé de quatre pétales, en utilisant comme matériau un film de polyamide ultrafin de 7,5 µm. Le modèle a été monté sur le satellite IKAROS, qui a été placé en orbite par un lanceur le 21 mai 2010. Les essais de la voile solaire ont commencé par son déploiement, et la toile de 200 mètres carrés a été déployée avec succès. La deuxième phase de la mission, qui consiste à contrôler la vitesse et la direction, a également été réalisée.
Avec le soutien de la Planetary Society des États-Unis, l’ONL Lavotchkine a conçu et construit une voile solaire composée de 8 pétales. Sa surface a été recouverte d’une couche d’aluminium et des renforts ont assuré sa solidité. L’appareil a été lancé par la fusée «Volna», qui s’est effondrée dans la mer en raison d’une défaillance technique. Les travaux sur le projet ont été interrompus pour le moment.
Perspectives d’utilisation d’une voile solaire
Le tout premier prototype de la voile solaire Sunjammer
En 2014, la NASA a lancé sa voile solaire en kapton, un plastique résistant à la chaleur qui peut supporter des températures allant de +400 à-273 degrés Celsius. Ce matériau a été développé par l’entreprise chimique DuPont. Ce projet record, le plus grand du genre créé à ce jour, a une superficie de 1 200 m2. Il a été baptisé Sunjammer. Il est censé déterminer l’efficacité pratique de l’utilisation d’une voile solaire pour les vols interplanétaires. Elle est censée se trouver à 3 millions de kilomètres de la Terre grâce à l’action du flux de photons. L’appareil, poussé par le vent solaire, se dirige vers le premier point de Lagrange.
Dans les projets les plus proches des scientifiques, il est prévu d’équiper de voiles solaires les appareils qui observent l’activité de notre étoile. Ils pourront ainsi avertir à temps les Terriens de l’apparition d’éruptions et de cataclysmes sur le Soleil. Le consortium Space Regatta créé en Russie, qui prévoyait de participer au concours organisé par le Congrès américain pour la mise en orbite de voiles solaires, travaille avec succès sur l’utilisation de réflecteurs solaires pour éclairer les zones de production de gaz.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023