- Partie 2 -
À un moment de notre vie, chacun de nous a posé cette question: combien de temps pour voler vers les étoiles? Est-il possible d'effectuer un tel vol dans une vie humaine, de tels vols peuvent-ils devenir la norme de la vie quotidienne? Il existe de nombreuses réponses à cette question difficile, selon la personne qui la pose. Certains sont simples, d'autres plus difficiles. Pour trouver une réponse définitive, il y a trop de choses à considérer.
Malheureusement, il n'existe aucune estimation réelle qui aiderait à trouver une telle réponse, et cela frustre les futuristes et les amateurs de voyages interstellaires. Que cela nous plaise ou non, l'espace est très vaste (et complexe) et notre technologie est encore limitée. Mais si jamais nous décidons de quitter notre «nid natal», nous aurons plusieurs façons d'atteindre le système stellaire le plus proche de notre galaxie.
L'étoile la plus proche de notre Terre est le Soleil, une étoile plutôt «moyenne» selon le schéma de «séquence principale» de Hertzsprung-Russell. Cela signifie que l'étoile est très stable et fournit suffisamment de lumière solaire pour que la vie se développe sur notre planète. Nous savons que d'autres planètes tournent autour des étoiles proches de notre système solaire, et nombre de ces étoiles sont similaires aux nôtres.
Mondes habitables possibles dans l'Univers
À l'avenir, si l'humanité souhaite quitter le système solaire, nous aurons une vaste sélection d'étoiles vers lesquelles nous pourrions aller, et nombre d'entre elles pourraient bien avoir des conditions de vie favorables. Mais où allons-nous et combien de temps faudra-t-il pour y arriver? Gardez à l'esprit que tout cela n'est que spéculation et qu'il n'y a aucun repère pour les voyages interstellaires pour le moment. Eh bien, comme l'a dit Gagarine, allons-y! Vidéo promotionnelle:
Atteignez l'étoile
Comme déjà noté, l'étoile la plus proche de notre système solaire est Proxima Centauri, et il est donc très logique de commencer à planifier une mission interstellaire avec elle. Faisant partie du triple système d'étoiles Alpha Centauri, Proxima est à 4,24 années-lumière (1,3 parsecs) de la Terre. Alpha Centauri est, en fait, l'étoile la plus brillante des trois du système, faisant partie d'un système binaire proche à 4,37 années-lumière de la Terre - tandis que Proxima Centauri (la plus faible des trois) est une naine rouge isolée à 0,13 années-lumière de distance. à partir d'un double système.
Et tandis que les conversations sur les voyages interstellaires suggèrent toutes sortes de voyages plus rapides que la lumière (FAS), des vitesses de distorsion aux trous de ver en passant par les moteurs sous-spatiaux, ces théories sont soit hautement fictives (comme le moteur Alcubierre), soit n'existent que dans la science-fiction. … Toute mission dans l'espace lointain s'étendra sur des générations de personnes.
Alors, en commençant par l'une des formes les plus lentes de voyage dans l'espace, combien de temps faut-il pour se rendre à Proxima Centauri?
Méthodes modernes
La question de l'estimation de la durée du voyage dans l'espace est beaucoup plus facile si les technologies et les corps existants de notre système solaire y sont impliqués. Par exemple, en utilisant la technologie utilisée par la mission New Horizons, 16 moteurs monocarburants à hydrazine, vous pouvez atteindre la Lune en seulement 8 heures et 35 minutes.
Il y a aussi la mission SMART-1 de l'Agence spatiale européenne, qui a été propulsée vers la Lune à l'aide de la poussée ionique. Avec cette technologie révolutionnaire, une variante dont la sonde spatiale Dawn a également utilisé pour atteindre Vesta, la mission SMART-1 a mis un an, un mois et deux semaines pour atteindre la Lune.
D'un vaisseau spatial de fusée rapide à un lecteur ionique économique, nous avons quelques options pour se déplacer dans l'espace local - en plus, vous pouvez utiliser Jupiter ou Saturne comme une fronde à gravité géante. Néanmoins, si nous prévoyons d'aller un peu plus loin, nous devrons renforcer la puissance de la technologie et explorer de nouvelles possibilités.
Lorsque nous parlons de méthodes possibles, nous parlons de celles qui impliquent des technologies existantes, ou de celles qui n'existent pas encore, mais qui sont techniquement réalisables. Certains d'entre eux, comme vous le verrez, sont éprouvés et confirmés, tandis que d'autres sont encore en question. En bref, ils représentent un scénario de voyage possible, mais très long et coûteux, même jusqu'à l'étoile la plus proche.
Mouvement ionique
Actuellement, la forme de moteur la plus lente et la plus économique est le moteur ionique. Il y a plusieurs décennies, la propulsion ionique était considérée comme le sujet de la science-fiction. Mais ces dernières années, les technologies d'assistance à la propulsion ionique sont passées de la théorie à la pratique, et avec beaucoup de succès. La mission SMART-1 de l'Agence spatiale européenne est un exemple de mission réussie sur la Lune en 13 mois de mouvement en spirale depuis la Terre.
SMART-1 utilisait des propulseurs à ions solaires, dans lesquels l'électricité était collectée par des panneaux solaires et utilisée pour alimenter des propulseurs à effet Hall. Il n'a fallu que 82 kilogrammes de carburant au xénon pour amener le SMART-1 sur la lune. 1 kilogramme de carburant xénon fournit un delta-V de 45 m / s. C'est une forme de mouvement extrêmement efficace, mais loin d'être la plus rapide.
L'une des premières missions à utiliser la technologie de propulsion ionique a été la mission Deep Space 1 sur la comète Borrelli en 1998. La DS1 utilisait également un moteur au xénon ionique et consommait 81,5 kg de carburant. Pendant 20 mois de poussée, DS1 a développé des vitesses de 56 000 km / h au moment du passage de la comète.
Les moteurs ioniques sont plus économiques que les technologies de fusée car leur poussée par unité de masse de carburant de fusée (impulsion spécifique) est beaucoup plus élevée. Mais les propulseurs ioniques mettent beaucoup de temps à accélérer un vaisseau spatial à des vitesses significatives, et la vitesse maximale dépend du carburant et de la production d'électricité.
Par conséquent, si la propulsion ionique est utilisée dans une mission à Proxima Centauri, les moteurs doivent disposer d'une puissante source d'énergie (énergie nucléaire) et de grandes réserves de carburant (bien que inférieures aux fusées conventionnelles). Mais si vous partez de l'hypothèse que 81,5 kg de carburant xénon se traduisent par 56 000 km / h (et il n'y aura pas d'autres formes de mouvement), vous pouvez faire des calculs.
À une vitesse maximale de 56 000 km / h, Deep Space 1 prendrait 81 000 ans pour parcourir 4,24 années-lumière entre la Terre et Proxima Centauri. Dans le temps, cela représente environ 2700 générations de personnes. Il est prudent de dire que le lecteur ionique interplanétaire sera trop lent pour une mission interstellaire habitée.
Mais si les propulseurs ioniques sont plus gros et plus puissants (c'est-à-dire que le taux de sortie des ions est beaucoup plus élevé), s'il y a suffisamment de carburant pour fusée, ce qui est suffisant pour l'ensemble des 4,24 années-lumière, le temps de trajet sera considérablement réduit. Mais il y aura tout de même bien plus longtemps que la période de la vie humaine.
Manœuvre de gravité
Le moyen le plus rapide de voyager dans l'espace est d'utiliser l'assistance de gravité. Cette méthode implique que l'engin spatial utilise le mouvement relatif (c'est-à-dire l'orbite) et la gravité de la planète pour modifier sa trajectoire et sa vitesse. Les manœuvres gravitationnelles sont une technique extrêmement utile pour le vol spatial, en particulier lors de l'utilisation de la Terre ou d'une autre planète massive (comme une géante gazeuse) pour l'accélération.
Le vaisseau spatial Mariner 10 a été le premier à utiliser cette méthode, utilisant l'attraction gravitationnelle de Vénus pour accélérer vers Mercure en février 1974. Dans les années 1980, la sonde Voyager 1 utilisait Saturne et Jupiter pour des manœuvres gravitationnelles et des accélérations à 60 000 km / h, suivies d'une sortie dans l'espace interstellaire.
La mission Helios 2, qui a commencé en 1976 et était censée explorer l'environnement interplanétaire entre 0,3 UA. e. et 1 a. Autrement dit, d'après le Soleil, le record de la vitesse la plus élevée développée à l'aide d'une manœuvre gravitationnelle tient. A cette époque, Helios 1 (lancé en 1974) et Helios 2 détenaient le record de l'approche la plus proche du Soleil. Helios 2 a été lancé par une fusée conventionnelle et placé sur une orbite très allongée.
En raison de la grande excentricité (0,54) de l'orbite solaire de 190 jours, Helios 2 a réussi à atteindre une vitesse maximale de plus de 240000 km / h au périhélie. Cette vitesse orbitale n'a été développée que par l'attraction gravitationnelle du Soleil. Techniquement, la vitesse du périhélie d'Hélios 2 n'était pas le résultat d'une manœuvre gravitationnelle, mais la vitesse orbitale maximale, mais l'appareil détient toujours le record de l'objet artificiel le plus rapide.
Si Voyager 1 se dirigeait vers la naine rouge Proxima Centauri à une vitesse constante de 60 000 km / h, il faudrait 76 000 ans (soit plus de 2 500 générations) pour parcourir cette distance. Mais si la sonde atteignait la vitesse record d'Hélios 2 - une vitesse constante de 240 000 km / h - il faudrait 19 000 ans (soit plus de 600 générations) pour parcourir 4 243 années-lumière. Beaucoup mieux, mais pas pratique.
Moteur électromagnétique EM Drive
Une autre méthode proposée pour le déplacement interstellaire est un moteur à radiofréquence à cavité résonnante, également connu sous le nom de EM Drive. Proposé en 2001 par Roger Scheuer, un scientifique britannique qui a créé Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) pour mettre en œuvre le projet, le moteur est basé sur l'idée que les cavités micro-ondes électromagnétiques peuvent directement convertir l'électricité en poussée.
Alors que les moteurs électromagnétiques traditionnels sont conçus pour propulser une masse spécifique (comme des particules ionisées), ce système de propulsion particulier ne dépend pas de la réaction de la masse et n'émet pas de rayonnement directionnel. En général, ce moteur a été accueilli avec beaucoup de scepticisme en grande partie parce qu'il viole la loi de conservation de l'élan, selon laquelle l'élan du système reste constant et ne peut être créé ou détruit, mais seulement changé sous l'action de la force.
Néanmoins, des expériences récentes avec cette technologie ont clairement conduit à des résultats positifs. En juillet 2014, lors de la 50e Conférence conjointe sur la propulsion AIAA / ASME / SAE / ASEE à Cleveland, Ohio, les scientifiques de pointe de la NASA ont annoncé qu'ils avaient testé avec succès une nouvelle conception de moteur électromagnétique.
En avril 2015, des scientifiques de la NASA Eagleworks (qui fait partie du Johnson Space Center) ont déclaré qu'ils avaient testé avec succès le moteur dans le vide, ce qui pourrait indiquer une utilisation possible dans l'espace. En juillet de la même année, un groupe de scientifiques de la Division des systèmes spatiaux de l'Université de technologie de Dresde a développé sa propre version du moteur et observé une poussée tangible.
En 2010, le professeur Zhuang Yang de la Northwestern Polytechnic University de Xi'an, en Chine, a commencé à publier une série d'articles sur ses recherches sur la technologie EM Drive. En 2012, il signalait une puissance d'entrée élevée (2,5 kW) et une poussée fixe de 720 mn. En 2014, elle a également effectué des tests approfondis, y compris des mesures de température interne avec des thermocouples intégrés, qui ont montré que le système fonctionnait.
Selon des calculs basés sur le prototype de la NASA (qui a reçu une puissance nominale de 0,4 N / kilowatt), un vaisseau spatial à propulsion électromagnétique pourrait faire un voyage à Pluton en moins de 18 mois. C'est six fois moins que ce qu'exigeait la sonde New Horizons, qui se déplaçait à une vitesse de 58 000 km / h.
Cela semble impressionnant. Mais même dans ce cas, le navire équipé de moteurs électromagnétiques volera vers Proxima Centauri pendant 13 000 ans. Proche, mais toujours pas assez. De plus, tant que tous les points ne sont pas pointillés dans cette technologie, il est trop tôt pour parler de son utilisation.
Propulsion nucléaire thermique et électrique nucléaire
Une autre possibilité d'effectuer un vol interstellaire est d'utiliser un engin spatial équipé de moteurs nucléaires. La NASA a étudié ces options pendant des décennies. Une fusée à propulsion thermique nucléaire pourrait utiliser des réacteurs à l'uranium ou au deutérium pour chauffer l'hydrogène dans le réacteur, le convertissant en gaz ionisé (plasma d'hydrogène), qui serait ensuite dirigé dans la buse de la fusée, générant une poussée.
Une fusée à propulsion nucléaire comprend le même réacteur qui convertit la chaleur et l'énergie en électricité, qui alimente ensuite le moteur électrique. Dans les deux cas, la fusée s'appuiera sur la fusion nucléaire ou la fission nucléaire pour générer une poussée, plutôt que sur le carburant chimique sur lequel toutes les agences spatiales modernes opèrent.
Par rapport aux moteurs chimiques, les moteurs nucléaires présentent des avantages indéniables. Premièrement, il s'agit d'une densité d'énergie pratiquement illimitée par rapport au carburant pour fusée. De plus, le moteur nucléaire générera également plus de poussée que la quantité de combustible utilisé. Cela réduira la quantité de carburant nécessaire et en même temps le poids et le coût d'un appareil particulier.
Bien que les moteurs thermiques ne soient pas encore entrés dans l'espace, leurs prototypes ont été créés et testés, et encore plus ont été proposés.
Pourtant, malgré les avantages d'économie de carburant et d'impulsion spécifique, le meilleur des concepts de moteurs thermiques nucléaires proposés a une impulsion spécifique maximale de 5000 secondes (50 kNs / kg). En utilisant des moteurs nucléaires alimentés par fission ou fusion nucléaire, les scientifiques de la NASA pourraient livrer un vaisseau spatial sur Mars en seulement 90 jours si la planète rouge est à 55 millions de kilomètres de la Terre.
Mais lorsqu'il s'agit de se rendre à Proxima Centauri, une fusée nucléaire mettra des siècles à accélérer à une fraction significative de la vitesse de la lumière. Ensuite, il faudra plusieurs décennies de chemin, et après eux plusieurs siècles d'inhibition sur le chemin du but. Nous sommes encore à 1000 ans de notre destination. Ce qui est bon pour les missions interplanétaires, pas si bon pour les missions interstellaires.
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