Depuis la naissance de l'ère spatiale, le rêve d'un voyage dans un autre système solaire a été gardé dans une «laisse de fusée» qui limite sévèrement la vitesse et la taille du vaisseau spatial que nous lançons dans l'espace. Les scientifiques estiment que même avec les moteurs de fusée les plus puissants d'aujourd'hui, il faudra environ 50000 ans pour atteindre notre voisin interstellaire le plus proche, Alpha Centauri. Si les humains espèrent un jour voir un soleil extraterrestre se lever, les temps de transit devraient être considérablement réduits.
L'impossible EmDrive fonctionne-t-il?
Parmi les concepts de moteurs avancés qui pourraient faire décoller cela, très peu ont généré autant d'enthousiasme - et de controverse - que l'EmDrive. Décrit pour la première fois il y a près de vingt ans, EmDrive fonctionne en convertissant l'électricité en micro-ondes et en dirigeant ce rayonnement électromagnétique à travers une chambre conique. En théorie, les micro-ondes peuvent exercer une pression sur les parois de la chambre et créer une poussée suffisante pour déplacer un vaisseau spatial dans l'espace. Pour l'instant, cependant, EmDrive n'existe qu'en tant que prototype de laboratoire, et on ne sait toujours pas s'il est capable de générer une poussée. Si c'est le cas, ce sont des forces qui ne sont pas assez fortes pour être vues à l'œil nu, et encore moins pour déplacer l'appareil.
Cependant, au cours des dernières années, plusieurs scientifiques, dont la NASA, ont affirmé avoir réussi à produire une poussée avec EmDrive. Si cela est vrai, nous sommes dans l'une des plus grandes percées de l'histoire de l'exploration spatiale. Le problème est que la poussée observée dans ces expériences est si faible qu'il est difficile de dire si elle existe.
La solution est de développer un instrument capable de mesurer ces manifestations de poussée mineures. Par conséquent, une équipe de physiciens de la Technische Universität allemande de Dresde a décidé de créer un appareil qui résoudrait ce problème. Le projet SpaceDrive, dirigé par le physicien Martin Taimar, vise à créer un instrument si sensible et immunisé aux interférences qu'il mettra fin une fois pour toutes à la discussion. En octobre, Taimar et son équipe ont présenté leur deuxième série de mesures expérimentales EmDrive au Congrès international d'astronautique, et leurs résultats seront publiés dans Acta Astronautica en août. Sur la base des résultats des expériences, Taimar dit que la résolution de la saga avec EmDrive nous attend dans quelques mois.
De nombreux scientifiques et ingénieurs ne croient pas en EmDrive car il viole les lois de la physique. Les micro-ondes poussant les parois de la chambre EmDrive semblent générer une poussée ex nihilo, c'est-à-dire à partir de rien, qui va à l'encontre de la conservation de l'élan - action et pas de réaction. Les partisans d'EmDrive, quant à eux, recherchent des réponses dans des interprétations intelligentes de la mécanique quantique, essayant de comprendre comment EmDrive pourrait fonctionner sans casser la physique newtonienne. «D'un point de vue théorique, personne ne le prend au sérieux», dit Taimar. Si EmDrive est capable de générer de la poussée, comme le prétendent certains groupes, «personne n'a la moindre idée d'où cela vient». Quand il y a un écart théorique de cette ampleur dans la science, Taimar ne voit qu'une seule façon de le combler: expérimental.
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Fin 2016, Taimar et 25 autres physiciens se sont réunis à Estes Park, Colorado pour la première conférence sur EmDrive et les systèmes de propulsion exotiques associés. L'une des présentations les plus intéressantes a été donnée par Paul Marsh, physicien au laboratoire Eagleworks de la NASA, où lui et son collègue Harold White ont testé divers prototypes d'EmDrive. Selon la présentation de Marsh et un rapport ultérieur dans le Journal of Propulsion and Power, lui et White ont observé plusieurs dizaines de micronewtons de poussée dans leur prototype EmDrive. En comparaison, un seul moteur SpaceX Merlin produit environ 845 000 Newtons de poussée au niveau de la mer. Cependant, le problème pour Marsh and White était que leur configuration expérimentale comprenait plusieurs sources d'interférences, de sorte qu'ils ne pouvaient pas dire avec certitude ce qui avait causé la poussée.ou un obstacle spécifique.
Taimar et l'équipe de Dresde ont utilisé une réplique exacte du prototype EmDrive utilisé dans le laboratoire de la NASA. C'est un cône de cuivre tronqué - avec le haut coupé - un peu moins d'un pied de long. Cette conception a été inventée par l'ingénieur Roger Scheuer, qui a décrit EmDrive pour la première fois en 2001. Pendant les tests, le cône EmDrive est placé dans une chambre à vide. À l'extérieur de la caméra, l'appareil génère un signal hyperfréquence qui est transmis par des câbles coaxiaux aux antennes à l'intérieur du cône.
Ce n'est pas la première fois qu'une équipe de Dresde tente de mesurer une force presque imperceptible. Ils ont créé des dispositifs similaires pour travailler sur des moteurs ioniques, qui sont utilisés pour positionner avec précision les satellites dans l'espace. Ces moteurs micronewton aident les satellites à détecter des phénomènes faibles tels que les ondes gravitationnelles. Mais étudier EmDrive et des moteurs similaires sans carburant nécessitera une résolution de nanonewton.
La nouvelle approche consistait à utiliser une balance de torsion, une balance de type pendule qui mesure la quantité de couple appliquée à l'axe du pendule. Une version moins sensible de cet équilibre a également été utilisée par l'équipe de la NASA lorsqu'elle a décidé que l'EmDrive produisait une poussée. Pour mesurer avec précision cette petite force, l'équipe de Dresde a utilisé un interféromètre laser pour mesurer le déplacement physique des poids d'équilibrage produits par l'EmDrive. Leurs échelles de torsion ont une résolution de nanonewton et supportent plusieurs kilogrammes de propulseurs, a déclaré Taimar, ce qui en fait les échelles de poussée les plus sensibles qui soient.
Mais il est peu probable que des poids de poussée vraiment sensibles soient utiles à moins que vous ne puissiez déterminer si la force détectée est une poussée et non une interférence externe. Et il existe de nombreuses explications alternatives aux observations de Marsh et White. Pour déterminer si l'EmDrive produit réellement une poussée, les scientifiques doivent être en mesure de protéger l'appareil des interférences des champs magnétiques de la Terre, des vibrations sismiques dans l'environnement et de la dilatation thermique de l'EmDrive associée au chauffage par micro-ondes.
Taimar a déclaré que la modification de la conception de l'équilibre de torsion - pour mieux contrôler l'alimentation électrique EmDrive et la protéger des champs magnétiques - résoudra un certain nombre de problèmes d'interférence. Il était beaucoup plus difficile de résoudre le problème de la "dérive thermique". Lorsque la puissance est appliquée à l'EmDrive, le cône de cuivre se réchauffe et se dilate, déplaçant tellement son centre de gravité que l'équilibre de torsion enregistre une force qui pourrait être confondue avec la traction. Taiman et son équipe espéraient que changer l'orientation du moteur aiderait à résoudre ce problème.
Dans 55 expériences, Taimar et ses collègues ont enregistré une moyenne de 3,4 micronewtons de force d'EmDrive, ce qui était très similaire à ce qu'ils ont trouvé à la NASA. Hélas, ces forces ne sont apparemment pas arrivées au test de déplacement thermique. Ils étaient plus caractéristiques de la dilatation thermique que de la poussée.
Mais pour EmDrive, l'espoir n'est pas perdu. Taimar et ses collègues développent également deux types supplémentaires de poids de poussée, y compris une balance supraconductrice, qui aideront à éliminer les faux positifs causés par la dérive thermique. S'ils trouvent la force d'EmDrive à cette échelle, il y a de fortes chances que ce soit vraiment une poussée. Mais si la balance ne détecte aucune poussée, cela signifiera que toutes les observations précédentes de la poussée EmDrive étaient faussement positives. Taimar espère recevoir un verdict final avant la fin de l'année.
Mais même des résultats négatifs ne signifieront pas un verdict pour EmDrive. Il existe de nombreux autres types de moteurs sans carburant. Et si les scientifiques développent un jour de nouvelles formes de mouvement à faible poussée, des échelles de traction ultra-sensibles aideront à séparer la fiction des faits.
Ilya Khel