Naviguer dans l’espace peut ressembler à de la science-fiction, mais le concept ne se limite plus aux livres ou au grand écran. En avril, une technologie de voile solaire de nouvelle génération – connue sous le nom de Advanced Composite Solar Sail System – sera lancée à bord de la fusée Electron de Rocket Lab depuis le complexe de lancement 1 de la société à Māhia, en Nouvelle-Zélande. Cette technologie pourrait faire progresser les futurs voyages spatiaux et élargir notre compréhension de notre Soleil et de notre système solaire.
Les voiles solaires utilisent la pression de la lumière solaire pour se propulser, s’inclinant vers ou loin du Soleil afin que les photons rebondissent sur la voile réfléchissante pour pousser un vaisseau spatial. Cela élimine les systèmes de propulsion lourds et pourrait permettre des missions de plus longue durée et moins coûteuses. Bien que la masse soit réduite, les voiles solaires ont été limitées par le matériau et la structure des bômes, qui agissent un peu comme le mât d’un voilier. Mais la NASA est sur le point de changer le jeu de la voile pour l’avenir.
Crédits : Ames Research Center de la NASA
La démonstration du système de voile solaire composite avancé utilise un CubeSat de douze unités (12U) construit par NanoAvionics pour tester une nouvelle flèche composite fabriquée à partir de polymères flexibles et de matériaux en fibre de carbone qui sont plus rigides et plus légers que les conceptions de flèches précédentes. L’objectif principal de la mission est de démontrer avec succès le déploiement d’une nouvelle bôme, mais une fois déployée, l’équipe espère également prouver les performances de la voile.
Comme un voilier qui tourne pour capter le vent, la voile solaire peut ajuster son orbite en inclinant sa voile. Après avoir évalué le déploiement de la flèche, la mission testera une série de manœuvres pour modifier l’orbite du vaisseau spatial et collecter des données pour d’éventuelles missions futures avec des voiles encore plus grandes.
« Les flèches ont tendance à être soit lourdes et métalliques, soit constituées d’un matériau composite léger et de conception volumineuse, ce qui ne convient pas aux petits engins spatiaux d’aujourd’hui. Les voiles solaires ont besoin de perches très grandes, stables et légères, capables de se replier de manière compacte », a déclaré Keats Wilkie, chercheur principal de la mission au Langley Research Center de la NASA à Hampton, en Virginie. “Les bômes de cette voile sont en forme de tube et peuvent être écrasés à plat et roulés comme un ruban à mesurer dans un petit emballage tout en offrant tous les avantages des matériaux composites, comme moins de flexion et de flexion lors des changements de température.”
Après avoir atteint son orbite héliosynchrone, à environ 1 000 kilomètres au-dessus de la Terre, le vaisseau spatial commencera à dérouler ses flèches composites, qui couvrent les diagonales de la voile en polymère. Après environ 25 minutes, la voile solaire se déploiera complètement, mesurant environ 860 pieds carrés (80 mètres carrés), soit environ la taille de six places de stationnement. Les caméras installées sur le vaisseau spatial captureront le grand moment de la voile, en surveillant sa forme et sa symétrie pendant le déploiement.
Grâce à sa grande voile, le vaisseau spatial peut être visible depuis la Terre si les conditions d’éclairage sont idéales. Une fois complètement déployé et correctement orienté, le matériau réfléchissant de la voile sera aussi brillant que Sirius, l’étoile la plus brillante du ciel nocturne.
“Sept mètres de flèches déployables peuvent s’enrouler pour prendre une forme qui tient dans votre main”, a déclaré Alan Rhodes, ingénieur système principal de la mission au centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley en Californie. “Nous espérons que les nouvelles technologies vérifiées sur ce vaisseau spatial inspireront d’autres personnes à les utiliser d’une manière que nous n’avions même pas envisagée.”
Grâce au programme Small Spacecraft Technology de la NASA, le déploiement et l’exploitation réussis des flèches composites légères de la voile solaire prouveront leur capacité et ouvriront la porte à des missions à plus grande échelle sur la Lune, sur Mars et au-delà.
Cette conception de flèche pourrait potentiellement supporter de futures voiles solaires d’une taille allant jusqu’à 5 400 pieds carrés (500 mètres carrés), soit environ la taille d’un terrain de basket, et la technologie résultant du succès de la mission pourrait supporter des voiles allant jusqu’à 21 500 pieds carrés (2 000 mètres carrés). – environ la moitié d’un terrain de football.
« Le Soleil continuera à brûler pendant des milliards d’années, nous disposons donc d’une Source de propulsion illimitée. Au lieu de lancer d’énormes réservoirs de carburant pour les missions futures, nous pouvons lancer des voiles plus grandes qui utilisent le « carburant » déjà disponible », a déclaré Rhodes. “Nous démontrerons un système qui utilise cette ressource abondante pour franchir les prochaines étapes géantes de l’exploration et de la science.”
Parce que les voiles utilisent la puissance du Soleil, elles peuvent fournir une poussée constante pour soutenir des missions qui nécessitent des points de vue uniques, comme celles qui cherchent à comprendre notre Soleil et son impact sur Terre. Les voiles solaires sont depuis longtemps une capacité souhaitée pour les missions pouvant transporter des systèmes d’alerte précoce pour surveiller la météo solaire. Les tempêtes solaires et les éjections de masse coronale peuvent causer des dégâts considérables sur Terre, surchargeant les réseaux électriques, perturbant les communications radio et affectant les avions et les engins spatiaux.
Les barrages composites pourraient également avoir un avenir au-delà de la navigation solaire : leur conception légère et leur système d’emballage compact pourraient en faire le matériau idéal pour construire des habitats sur la Lune et sur Mars, agissant comme structures de charpente pour les bâtiments ou comme poteaux d’antenne compacts pour créer un relais de communication pour les astronautes. explorer la surface lunaire.
“Cette technologie stimule l’imagination, réimaginant toute l’idée de la voile et l’appliquant aux voyages spatiaux”, a déclaré Rudy Aquilina, chef de projet de la mission de voile solaire à la NASA Ames. “Démontrer les capacités des voiles solaires et des bômes composites légères est la prochaine étape dans l’utilisation de cette technologie pour inspirer les futures missions.”
NASA Ames gère le projet Advanced Composite Solar Sail System et a conçu et construit le système de diagnostic de caméra embarquée. La NASA Langley a conçu et construit les flèches composites déployables et le système de voile solaire. Le bureau du programme Small Spacecraft Technology (SST) de la NASA, basé à NASA Ames et dirigé par la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de l’agence, finance et gère la mission. Le programme Game Changing Development de la NASA STMD a développé la technologie de flèche composite déployable. Rocket Lab USA, Inc de Long Beach, en Californie, fournit des services de lancement. NanoAvionics fournit le bus du vaisseau spatial.
