Les membres de Breakthrough Starshot ont compilé une liste des défis qu'ils devront résoudre afin de créer une voile solaire de la bonne taille pour voler vers Alpha Centauri dans 20 ans. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Materials.
«Les premiers résultats de notre analyse étaient étonnamment optimistes - les matériaux déjà existants aujourd'hui, combinés à de nouvelles méthodes de fabrication et de mesure de leurs propriétés, permettent en principe de créer un prototype de voile adapté à l'accélération d'un navire interstellaire», ont écrit Harry Atwater et ses collègues. du California Institute of Technology à Pasadena (USA).
En avril 2016, feu le cosmologiste britannique Stephen Hawking et le milliardaire russe Yuri Milner ont parlé de leur prochaine initiative «spatiale» dans le cadre de la série Breakthrough Initiatives - Breakthrough Starshot. Dans son cadre, l'homme d'affaires a alloué 100 millions de dollars pour créer un vaisseau spatial basé sur une idée esquissée par des physiciens californiens sous la direction de Philip Lubin il y a deux ans.
Son essence est d'envoyer non pas des vaisseaux spatiaux classiques vers des planètes lointaines, mais des structures extrêmement légères et plates en matériau réfléchissant, qui seront accélérées à des vitesses proches de la lumière à l'aide d'un puissant laser orbital.
Un tel «voilier» interstellaire, selon les calculs des physiciens américains, pourra atteindre Alpha du Centaure dans 20 ans, et volera entre Mars et Terre en seulement trois jours sans charge utile, et en un mois avec une charge de 10 tonnes.
Le principal problème dans les deux cas sera la décélération de la sonde - alors que l'équipe qui l'a inventée n'a aucune idée sur la façon de sécuriser l'arrêt du laser "voilier". Des problèmes similaires se poseront, comme d'autres physiciens l'ont suggéré plus tard, lors de son accélération - la voile sera soit brûlée par un laser, soit elle s'effondrera lorsqu'elle heurtera des particules de poussière.
Atwater et ses collègues de l'institut, directement impliqués dans Breakthrough Starshot, ont pour la première fois étudié en détail le comportement d'une telle voile lorsqu'elle interagirait avec un laser et le milieu interstellaire, et ont formulé un ensemble d'exigences minimales pour sa fabrication.
Comme l'ont découvert les scientifiques, malgré l'ensemble presque "impossible" de caractéristiques - une superficie de 10 mètres carrés, une masse en grammes et une réflectivité de 99,999999% - le principal problème dans la fabrication d'une voile ne sera pas le choix du matériau, mais un certain nombre d'autres choses. Il s'est avéré qu'un certain nombre de matériaux existent déjà sur Terre, y compris des films en bisulfure de molybdène, en silicium amorphe et un certain nombre d'autres semi-conducteurs qui ont des propriétés similaires.
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Si ce film est suffisamment fin, alors, paradoxalement, les collisions avec des atomes d'hélium et d'hydrogène présents dans le milieu interstellaire n'auront quasiment aucun effet sur la durée de vie de la voile. La plupart des atomes le traverseront sans causer de dommages, et les collisions avec des particules de poussière, comme le montrent les calculs des physiciens, n'endommageront pas plus de 10% de la surface totale de la voile.
Le problème, à son tour, est qu'il n'existe aujourd'hui aucune technologie qui permettrait de faire croître des films très homogènes et minces de ces substances de la taille requise. Les scientifiques devront trouver un moyen de coller des fragments relativement petits de ces films, de 10 à 20 centimètres de diamètre, et cette opération doit être réalisée avec une précision quasi atomique.
D'autre part, Atwater et ses collègues sont convaincus que de telles techniques de «collage» de morceaux de voile peuvent être développées assez rapidement, en s'appuyant sur les technologies utilisées aujourd'hui dans l'industrie informatique pour souder des éléments individuels de microcircuits. Leur création permettra à Breakthrough Starshot de résoudre l'un des principaux problèmes et de commencer à créer un système laser capable d'accélérer cette voile à la vitesse requise.
