À une certaine époque, l'humanité avait des ambitions qui ont conduit à des projets aussi incroyables que le premier vol habité dans l'espace ou une mission sur la lune. La prochaine étape sera la colonisation des planètes, puis le voyage interstellaire. L'initiative Breakthrough Starshot est le successeur de l'ambition humaine et promet d'ouvrir la voie vers les étoiles dans le voisinage immédiat.
Breakthrough Starshot, l'idée originale de l'entrepreneur milliardaire russe Yuri Milner, est devenu célèbre en avril 2016 lors d'une conférence de presse à laquelle ont assisté des physiciens de renom, dont Stephen Hawking et Freeman Dyson. Bien que le projet soit loin d'être terminé, le plan préliminaire consiste à envoyer des milliers de puces de la taille d'un timbre-poste sur de grandes voiles en argent, qui entreront d'abord en orbite terrestre puis seront accélérées par des lasers au sol.
En deux minutes d'accélération laser, le vaisseau spatial accélérera à un cinquième de la vitesse de la lumière - mille fois plus vite que n'importe quel véhicule artificiel de toute l'histoire de l'humanité.
Chaque vaisseau spatial volera pendant 20 ans et collectera des données scientifiques sur l'espace interstellaire. En atteignant les planètes du système stellaire Alpha Centauri, l'appareil photo numérique intégré prendra des photos haute résolution et renverra des images sur Terre, ce qui nous permettra de jeter un œil à nos voisins planétaires les plus proches. En plus des connaissances scientifiques, nous pouvons savoir si ces planètes sont propices à la colonisation humaine.
L'équipe derrière Breakthrough Starshot est aussi impressionnante que la technologie. Le conseil d'administration comprend Milner, Hawking et Mark Zuckerberg, le créateur de Facebook. Pete Warden, ancien directeur du centre de recherche Ames de la NASA, est PDG. Plusieurs scientifiques éminents, y compris des lauréats du prix Nobel, conseillent le projet, et Milner a investi 100 millions de dollars de ses propres fonds pour lancer le travail. Avec leurs collègues, ils investissent plus de 10 milliards de dollars sur plusieurs années pour terminer les travaux.
Bien que toute cette idée semble complètement science-fiction, il n'y a aucun obstacle scientifique à sa mise en œuvre. Cependant, cela ne doit pas se produire demain: pour que Starshot réussisse, un certain nombre d'avancées technologiques sont nécessaires. Les organisateurs et les consultants scientifiques croient aux progrès exponentiels et que Starshot existe depuis 20 ans.
Vous trouverez ci-dessous une liste de onze technologies Starshot et ce que les scientifiques espèrent épingler sur leur développement exponentiel au cours des vingt prochaines années.
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Détection d'exoplanètes
Une exoplanète est une planète en dehors de notre système solaire. Bien que la première découverte scientifique d'une exoplanète n'ait eu lieu qu'en 1988, au 1er mai 2017, 3608 exoplanètes ont été découvertes dans 2702 systèmes planétaires. Alors que certaines d'entre elles ressemblent à des planètes du système solaire, il en existe de nombreuses inhabituelles, comme celles dont les anneaux sont 200 fois plus larges que ceux de Saturne.
Quelle est la raison de ce flot de découvertes? Amélioration substantielle des télescopes.
Il y a tout juste 100 ans, le plus grand télescope du monde était le Hooker Telescope avec un miroir de 2,54 mètres. Aujourd'hui, le très grand télescope de l'ESO, composé de quatre grands télescopes de 8,2 mètres de diamètre, est l'installation astronomique au sol la plus productive, produisant un article scientifique par avis d'expert par jour.
Les scientifiques utilisent le MBT et un outil spécial pour rechercher des planètes extrasolaires solides dans la zone potentiellement habitable de l'étoile. En mai 2016, des scientifiques utilisant le télescope TRAPPIST au Chili ont trouvé non pas une, mais sept exoplanètes de la taille de la Terre à la fois dans une zone potentiellement habitable.
Pendant ce temps, dans l'espace, le vaisseau spatial Kepler de la NASA, spécialement conçu pour cette tâche, a déjà identifié plus de 2000 exoplanètes. Le télescope spatial James Webb, qui sera lancé en octobre 2018, fournira un aperçu sans précédent de la capacité des exoplanètes à soutenir la vie. «Si ces planètes ont une atmosphère, JWST sera la clé pour découvrir leurs secrets», déclare Doug Hudgins, un scientifique du programme des exoplanètes au siège de la NASA à Washington DC.
Coûts de lancement
Le vaisseau mère Starshot sera lancé à bord de la fusée et lancera 1000 navires. Le coût du transport de charges utiles à l'aide de fusées à usage unique est énorme, mais les fournisseurs de services privés tels que SpaceX et Blue Origin ont démontré leur succès dans le lancement de fusées réutilisables qui devraient réduire considérablement les coûts de lancement. SpaceX a déjà réduit les coûts à 60 millions de dollars pour lancer le Falcon 9, et à mesure que l'industrie spatiale privée se développe et que les fusées réutilisables deviennent plus répandues, le prix chutera et baissera.
Amidon
Chaque Starchip de 15 mm («star chip») doit contenir un large éventail d'appareils électroniques sophistiqués tels qu'un système de navigation, une caméra, un laser de communication, une batterie radio-isotope, un multiplexeur de caméra et son interface. Les ingénieurs espèrent pouvoir tout mettre dans une petite machine de la taille d'un timbre-poste.
Après tout, les premières puces informatiques des années 1960 contenaient une poignée de transistors. Grâce à la loi de Moore, nous pouvons aujourd'hui installer des milliards de transistors sur chaque puce. Le premier appareil photo numérique pesait plusieurs kilogrammes et capturait des images de 0,01 mégapixel. Aujourd'hui, un capteur d'appareil photo numérique capture des images couleur de haute qualité à 12 mégapixels et s'insère dans un smartphone - avec d'autres capteurs tels que le GPS, l'accéléromètre et le gyroscope. Et nous voyons ces améliorations se répercuter dans l'exploration spatiale avec des satellites plus petits qui nous fournissent des données de qualité.
Pour que Starshot réussisse, nous aurons besoin d'une masse de copeaux d'environ 0,22 gramme d'ici 2030. Mais si les améliorations se poursuivent au même rythme, les prévisions suggèrent que c'est tout à fait possible.
Voile légère
La voile doit être faite d'un matériau hautement réfléchissant (afin d'obtenir l'impulsion maximale du laser), absorbant de manière minimale (pour ne pas être brûlé par la chaleur) et en même temps très léger (permettant une accélération rapide). Ces trois critères sont extrêmement importants et il n'existe actuellement aucun matériau approprié pour eux.
Les avancées nécessaires peuvent provenir de l'automatisation de l'intelligence artificielle et de l'accélération de la découverte de nouveaux matériaux. Cette automatisation est allée si loin que les méthodes d'apprentissage automatique d'aujourd'hui peuvent "générer des bibliothèques de candidats pour des matériaux appropriés dans des dizaines de milliers de positions" et permettre aux ingénieurs de déterminer lesquels valent la peine de se battre et lesquels valent la peine d'être testés dans certaines conditions.
Stockage d'Energie
Bien que Starchip utilisera une minuscule batterie radio-isotope pour son voyage de 24 ans, nous aurons toujours besoin de batteries chimiques conventionnelles pour les lasers. Les lasers devront libérer une énergie colossale en peu de temps, ce qui signifie que l'énergie devra être stockée dans des batteries à proximité.
Les batteries s'améliorent d'environ 5 à 8% par an, bien que souvent nous ne le voyons pas parce que la consommation d'énergie augmente. Si les batteries continuent de s'améliorer à ce rythme, dans vingt ans, elles auront une capacité de 3 à 5 fois supérieure à ce qu'elles sont aujourd'hui. D'autres innovations pourraient faire suite à un investissement majeur dans l'industrie des batteries. La coentreprise Tesla-Solar City en a déjà livré 55 000 à Kauai pour alimenter la plupart de ses infrastructures.
Lasers
Des milliers de lasers puissants seront utilisés pour propulser l'engin avec la voile.
Les lasers obéissaient à la loi de Moore à peu près de la même manière que les circuits intégrés, doublant la puissance tous les 18 mois. La dernière décennie a vu une accélération spectaculaire de la mise à l'échelle de la puissance des lasers à diode et à fibre. Le premier a percé 10 kilowatts de fibre monomode en 2010 et une barrière de 100 kilowatts quelques mois plus tard. En plus de la puissance brute, nous devons également réussir à combiner les lasers à réseau phasé.
La vitesse
Notre capacité à agir rapidement … a évolué rapidement. En 1804, le train est inventé et acquiert très vite une vitesse inouïe de 100 kilomètres à l'heure. Le vaisseau spatial "Helios-2" a éclipsé ce record en 1976: au moment le plus rapide, "Helios-2" s'éloignait de la Terre à une vitesse de 356 040 km / h. 40 ans plus tard, le vaisseau spatial New Horizons a atteint une vitesse héliocentrique de 45 kilomètres par seconde (plus de 200 000 kilomètres par heure). Mais même à cette vitesse, il faudrait beaucoup de temps pour atteindre Alpha Centauri, à quatre années-lumière.
Bien que l'accélération des particules subatomiques à une vitesse proche de la lumière soit devenue courante dans les accélérateurs de particules, les objets macroscopiques n'ont pas été en mesure d'accélérer de cette façon. Atteindre 20% de la vitesse de la lumière équivaudrait à 1000 fois la vitesse de tout objet construit par l'homme.
Stockage de mémoire
La capacité de stocker des informations est devenue la base des calculs. Starshot dépendra de la baisse continue du coût et de la taille de la mémoire numérique pour fournir un espace de stockage suffisant pour ses programmes et images capturées dans le système stellaire Alpha Centauri et ses planètes.
Le coût de la mémoire a diminué de façon exponentielle pendant des décennies: en 1970, un mégaoctet valait environ un million de dollars; maintenant - quelques centimes. La taille requise pour le stockage a également diminué, passant d'un disque dur de 5 mégaoctets chargé en 1956 d'un chariot élévateur à des clés USB de 512 gigaoctets pesant quelques grammes.
Télécommunications
Une fois que Starchip a capturé les images, elles devront être renvoyées sur Terre pour être traitées.
Les télécommunications ont considérablement progressé depuis qu'Alexander Graham Bell a inventé le téléphone en 1876. La vitesse Internet moyenne est aujourd'hui d'environ 11 mégabits par seconde. La bande passante et la vitesse nécessaires pour envoyer des images numériques sur 4 années-lumière - 40 trillions de kilomètres - nécessiteront les dernières avancées en matière de télécommunications.
La technologie Li-Fi est extrêmement prometteuse et sa transmission sans fil promet d'être 100 fois plus rapide que le Wi-Fi. Il existe également des expériences dans le domaine des télécommunications quantiques, qui ne seront pas rapides, mais sûres.
Calculs
La dernière étape du projet Starchip consistera à analyser les données renvoyées par l'engin spatial. Pour ce faire, nous devrons nous appuyer sur le développement exponentiel de la puissance de calcul, qui a augmenté d'un billion de fois au cours des 60 dernières années.
Récemment, la baisse du coût de l'informatique a été fortement associée aux nuages. En regardant vers l'avenir et en utilisant de nouvelles méthodes de calcul comme le quantum, nous pouvons nous attendre à une augmentation de 1000 fois de la puissance au moment où Starshot renvoie les données. Cette puissance de calcul exceptionnelle nous permettra d'effectuer des simulations et des analyses scientifiques sophistiquées de notre système stellaire voisin le plus proche.
ILYA KHEL
