La NASA sélectionne une proposition audacieuse pour « essaimer » Proxima Centauri avec de minuscules sondes

Les humains rêvent de voyager vers d’autres systèmes stellaires et de mettre le pied sur des mondes extraterrestres depuis des générations. Pour le moins, l’exploration interstellaire est une tâche très ardue. Comme nous l’avons expliqué dans un article précédent, il faudrait entre 1 000 et 81 000 ans pour qu’un vaisseau spatial atteigne Alpha Centauri en utilisant une propulsion conventionnelle (ou celles réalisables avec la technologie actuelle). En outre, les voyages à travers le milieu interstellaire (ISM) comportent de nombreux risques, qui ne sont pas tous bien compris.

Dans ces circonstances, les vaisseaux spatiaux à l’échelle du gramme qui reposent sur une propulsion à énergie dirigée (c’est-à-dire les lasers) semblent être la seule option viable pour atteindre les étoiles voisines au cours de ce siècle. Les concepts proposés incluent le Swarming Proxima Centauri, un effort de collaboration entre Space Initiatives Inc. et l’Initiative for Interstellar Studies (i4is) dirigée par le scientifique en chef de Space Initiative, Marshall Eubanks. Le concept a été récemment sélectionné pour le développement de la phase I dans le cadre du programme NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) de cette année.

Selon Eubanks, voyager dans l’espace interstellaire est une question de distance, d’énergie et de vitesse. À une distance de 4,25 années-lumière (40 000 milliards de kilomètres ; 25 000 milliards de milles) du système solaire, même Proxima Centauri est insondablement loin. Pour mettre les choses en perspective, le record de la distance la plus longue jamais parcourue par un vaisseau spatial revient au Voyageur 1 sonde spatiale, qui se trouve actuellement à plus de 24 milliards de km (15 milliards de mi) de la Terre. En utilisant des méthodes conventionnelles, la sonde a atteint une vitesse maximale de 61 500 km/h (38 215 mph) et a voyagé pendant plus de 46 ans d’affilée.

En bref, voyager à une vitesse inférieure à la vitesse relativiste (une fraction de la vitesse de la lumière) rendra les transits interstellaires incroyablement longs et totalement peu pratiques. Compte tenu des besoins énergétiques que cela implique, tout autre chose que de petits engins spatiaux d’une masse maximale de quelques grammes est réalisable. Comme Eubanks l’a dit à Universe Today par e-mail :

« Bien sûr, les fusées sont un moyen courant d’aller vite. Les fusées fonctionnent en jetant des « trucs » (généralement du gaz chaud) vers l’arrière, l’élan de l’objet reculant étant égal à celui de l’augmentation de la vitesse du véhicule vers l’avant. L’essence de la fusée est qu’elle n’est vraiment efficace que si la vitesse de l’objet qui recule est comparable à la vitesse que vous souhaitez gagner en avant. Si ce n’est pas le cas, s’il est beaucoup plus petit, vous ne pouvez tout simplement pas transporter suffisamment de choses pour obtenir la vitesse souhaitée.

« Le problème est que nous n’avons aucune technologie – aucune Source d’énergie – qui nous permettrait de lancer beaucoup de choses à une vitesse d’environ 60 000 km/sec, et donc les fusées ne fonctionneront pas. L’antimatière pourrait peut-être permettre cela, mais nous ne comprenons tout simplement pas assez bien l’antimatière – et ne pouvons pas en faire suffisamment – ​​pour en faire une solution, probablement pour de nombreuses décennies à venir.

En revanche, des concepts comme Breakthrough Starshot et Proxima Swarm consistent à « inverser la fusée » – c’est-à-dire qu’au lieu de lancer des objets, des objets sont lancés sur le vaisseau spatial. Au lieu du propulseur lourd, qui constitue la majorité des fusées conventionnelles, la Source d’énergie d’une voile lumineuse est constituée de photos (qui n’ont pas de masse et se déplacent à la vitesse de la lumière). Mais comme l’a indiqué Eubanks, cela ne résout pas le problème de l’énergie, ce qui rend encore plus important que le vaisseau spatial soit aussi petit que possible.

“Le fait de faire rebondir des photons sur une voile laser résout ainsi le problème de la vitesse des choses”, a-t-il déclaré. “Mais le problème est qu’il n’y a pas beaucoup d’impulsion dans un photon, nous avons donc besoin d’un lot d’eux. Et étant donné la puissance dont nous disposerons probablement, même dans quelques décennies, la poussée sera faible, donc la masse des sondes doit être très petite – des grammes, pas des tonnes.

Leur proposition prévoit un projecteur laser de 100 gigawatts (GW) propulsant des milliers de sondes spatiales à l’échelle du gramme avec des voiles laser à une vitesse relativiste (~ 10 à 20 % de la lumière). Ils ont également proposé une série de seaux de lumière terrestre mesurant un kilomètre carré (0,386 mi²) de diamètre pour capter les signaux lumineux. Selon leurs estimations, ce concept de mission pourrait être prêt à être développé vers le milieu du siècle et pourrait atteindre Proxima Centauri et son exoplanète semblable à la Terre (Proxima b) d’ici le troisième quart de ce siècle (2075 ou après).

Dans un article précédent, Eubanks et ses collègues ont démontré comment une flotte d’un millier de vaisseaux spatiaux pouvait surmonter les difficultés imposées par les voyages interstellaires et le maintien des communications avec la Terre. Cependant, le décalage aller-retour de huit ans imposé par les distances interstellaires et la relativité générale rend impossible le contrôle depuis la Terre. En tant que tel, l’essaim doit posséder un extraordinaire accord d’autonomie en matière de navigation (coordonner un millier de sondes) et de décider quelles données sont renvoyées sur Terre.

Même si ces stratégies tiennent compte de la distance, de l’énergie et de la vitesse (du moins pour le moment), la question du coût de création de l’essaim et de l’infrastructure associée reste posée. La plus grande dépense sera le réseau laser lui-même, alors que l’engin à l’échelle du gramme sera raisonnablement bon marché à produire. Comme Eubanks l’a indiqué dans un article précédent, leur proposition peut être développée avec un budget de 100 milliards de dollars. Mais comme l’a dit Eubanks, les avantages de l’architecture de mission qu’ils ont envisagée sont légion, et les bénéfices de l’envoi d’un essaim de sondes à Proxima Centauri seraient astronomiques :

« Le simple fait est que le coût d’une mission interstellaire propulsée par laser, avec des sondes légères et un énorme système laser pour les propulser vers les étoiles, sera dominé par les coûts d’investissement – ​​les coûts du système laser. Les sondes elles-mêmes seront assez bon marché en comparaison. Donc, si vous pouvez en envoyer un, vous devriez en envoyer beaucoup. Il est clair que l’envoi d’un grand nombre de sondes présente l’avantage de la redondance. Les voyages spatiaux sont risqués, et les voyages interstellaires le seront probablement particulièrement, donc si nous envoyons beaucoup de sondes, nous pouvons tolérer un taux de perte élevé. Mais nous pouvons faire bien plus. »

« Nous voulons rechercher des signes de biologie et même de technologie, et il serait donc bien de placer des sondes très près de la planète, pour obtenir de bonnes images et spectres de la surface et de l’atmosphère. Ce sera difficile pour une seule sonde, car nous ne savons pas très bien où sera la planète dans plus de 24 ans. En envoyant plusieurs sondes de manière groupée, au moins quelques-unes devraient se rapprocher de la planète, nous donnant ainsi la vue rapprochée que nous souhaitons.

Au-delà de cela, Eubanks et ses collègues espèrent que le développement d’un essaim cohérent de sondes robotiques aura des applications plus proches de chez eux. La robotique en essaim est aujourd’hui un domaine de recherche brûlant et est étudiée comme moyen possible d’explorer l’océan intérieur d’Europe, de creuser des villes souterraines sur Mars, d’assembler de grandes structures dans l’espace et de fournir un suivi des conditions météorologiques extrêmes depuis l’orbite terrestre. Au-delà de l’exploration spatiale et de l’observation de la Terre, la robotique en essaim a également des applications dans la médecine, la fabrication additive, les études environnementales, le positionnement et la navigation mondiaux, la recherche et le sauvetage, etc.

Même s’il faudra peut-être plusieurs décennies avant qu’une mission interstellaire soit prête à se rendre à Alpha Centauri, Eubanks et ses collègues sont honorés et ravis de faire partie des personnes sélectionnées par la NASA pour le programme NIAC 2024. Pour eux, la recherche a pris de nombreuses années mais est plus proche que jamais de la réalisation. « Cela fait longtemps – presque une décennie – et nous sommes honorés d’avoir été sélectionnés », a déclaré Eubanks. “Maintenant, le vrai travail commence.”

Lectures complémentaires : NASA