À l'intérieur de Starshot, le plan audacieux de tirer sur de minuscules vaisseaux vers Alpha Centauri

Photographie de Philip Lubin marchant sur la plage Michelle Groskopf

Les conférences sur les vaisseaux spatiaux attirent une foule pleine d'espoir : chercheurs, inventeurs et amateurs enthousiasmés par l'idée de construire des engins spatiaux capables de voler entre les systèmes stellaires. L'excitation de ces rassemblements peut donner l'impression que tout est possible, mais aussi comme si rien ne l'était. De nombreux schémas proposés sont trop vagues et ont presque toujours trop de lacunes technologiques à combler.

En 2015, Philip Lubin, un cosmologiste de l'Université de Californie à Santa Barbara, est monté sur scène au 100-Year Starship Symposium à Santa Clara. Il a décrit son plan pour construire un laser si puissant qu'il pourrait accélérer de minuscules engins spatiaux à 20% de la vitesse de la lumière, les amenant à Alpha Centauri en seulement 20 ans. Nous pourrions devenir des explorateurs interstellaires en une seule génération. C'était tout à fait le crochet.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2019

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Parce que Lubin est un excellent orateur public, et parce que les technologies sous-jacentes existaient déjà, et parce que la science était solide, il a été assailli après la conférence. Il a également rencontré pour la première fois Pete Worden, un ancien directeur de recherche du centre de recherche Ames de la NASA. Worden avait récemment pris la tête de Breakthrough Initiatives, un programme à but non lucratif financé par le milliardaire technologique russe Yuri Milner. Six mois plus tard, le projet de Lubin bénéficiait d'un financement de 100 millions de dollars de Breakthrough et de l'approbation de Stephen Hawking, qui l'appelait le prochain grand saut dans le cosmos.

Starshot est simple, du moins en théorie. Tout d'abord, construisez une énorme gamme de lasers modérément puissants. Associez-les - ce qu'on appelle le verrouillage de phase - pour créer un seul faisceau avec jusqu'à 100 gigawatts de puissance. Dirigez le faisceau sur des voiles lumineuses hautement réfléchissantes attachées à des engins spatiaux pesant moins d'un gramme et déjà en orbite. Allumez le faisceau pendant quelques minutes et la pression des photons fait exploser le vaisseau spatial à des vitesses relativistes.

Au laboratoire UC Santa Barbara de Lubin, le groupe de cosmologie expérimentale étudie l'univers primitif. La combinaison des recherches de Lubin sur l'énergie dirigée avec d'autres passions telles que la propulsion a aidé Starshot à se développer. Mme Tech / photos originales : Michelle Groskopf

Non seulement une telle technologie pourrait être utilisée pour envoyer des capteurs vers un autre système stellaire ; il pourrait envoyer des engins plus gros sur les planètes et les lunes voisines de la Terre. Imaginez un colis vers Mars en quelques jours ou une mission avec équipage vers Mars en un mois. Starshot rétrécit efficacement le système solaire, et finalement la galaxie.

C'est fantastique. Et aussi un rêve. Ou un argumentaire de vente. Ou un projet à long terme et lointain qui ne peut pas être soutenu assez longtemps pour les technologies inexistantes dont il a besoin pour être construit.

Lubin est un jeune de 66 ans. Il marche vite, ses cheveux épais et sa barbe fournie sont noirs. Quand je suis allé le rencontrer à Santa Barbara en avril dernier, il m'a dit qu'il avait été un gamin sérieux, dérangé par les réalités du monde. Il a cherché du réconfort dans les mathématiques et les sciences parce qu'il les trouvait belles. J'adorais l'école, explique-t-il. J'étudiais tout le temps. C'était comme une retraite pour moi : faire du vélo jusqu'à la bibliothèque et dévorer des livres.

Même ainsi, il ne s'attendait pas à suivre un parcours académique - cela ne semblait pas possible. Sa famille attachait de l'importance à l'éducation, mais son père lituanien, qui travaillait comme facteur, n'a même jamais obtenu son diplôme d'études secondaires. Sa mère d'origine russe était secrétaire. J'ai grandi avec l'intériorisation que l'université était pour les autres, dit-il. Après les encouragements d'un conseiller scolaire à Los Angeles, cependant, il a fréquenté un collège communautaire; les enseignants là-bas l'ont poussé à être transféré à l'UC Berkeley. Et là, ses professeurs l'ont poussé à postuler à l'école doctorale. Finalement, il atterrit à Harvard. Quand j'y repense, dit-il, j'étais un crétin total.

Aujourd'hui Lubin est cosmologiste. Pendant une grande partie de sa carrière, il a construit des équipements pour mesurer le rayonnement de fond de l'univers, mais ses intérêts scientifiques et techniques sont variés. C'est lors d'une conférence sur les technologies de défense, parlant de l'utilisation de lasers pour défendre la Terre contre les astéroïdes et les comètes entrants, qu'il a eu l'idée de Starshot.

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Il me parle aussi d'une autre obsession : la propulsion. La plupart des fusées fonctionnent aujourd'hui au carburant liquide, tout comme elles le faisaient lorsque l'Allemagne a inventé le V2 pendant la Seconde Guerre mondiale. Les 75 dernières années d'informatique, en comparaison, ont produit une augmentation de la vitesse d'un billion de fois. Ne serait-ce pas génial si la propulsion pouvait avancer comme ça ? dit Lubin. La fusée super-lourde SLS de la NASA, qui a déjà coûté 12 milliards de dollars et n'est toujours pas prête, pourrait coûter moins d'un centime.

Les laboratoires de Lubin à l'UC Santa Barbara disposent d'un entrepôt encombré qui semble typique des configurations de physique expérimentale : des bobines géantes de fibre optique, des racks d'oscilloscopes, des boîtes à outils, des circuits imprimés. Une armoire pour les solvants, une autre pour les snacks.

Alors que nous parcourons les laboratoires, il reconnaît rapidement que Starshot est toujours confronté à de nombreux défis. Il n'y a, par exemple, aucun laser encore assez puissant pour faire ce genre de dynamitage. Il n'y a pas de voiles légères qui pourraient prendre un tel faisceau sans être effacées. Il n'y a pas de vaisseau spatial de moins d'un gramme pour faire le voyage, et des questions sur l'alimentation et la localisation du laser demeurent. Et puis il y a les implications éthiques et géopolitiques de la construction d'une source d'énergie dirigée aussi puissante. Après tout, cela pourrait aussi être une arme.

Au tableau blanc, le chercheur postdoctoral Peter Krogan commence à me guider à travers les solutions à ces problèmes. Première étape : construire le réseau laser.

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Le défi ici est de trouver comment fixer la fréquence de milliards de lasers, chacun de 10 centimètres de diamètre, et de les stabiliser afin qu'ils puissent être combinés en un seul grand faisceau. Verrouiller plusieurs faisceaux ensemble permet d'augmenter la force du laser aux niveaux proposés. Le plan de travail actuel de l'équipe est pour un réseau situé au sol, ce qui maintient les coûts plus bas que s'il était placé en orbite mais ajoute d'autres complications, comme surmonter les interférences atmosphériques. Cela nécessite une balise attachée au vaisseau spatial qui renvoie un signal dans l'atmosphère, laissant les lasers au sol se fixer sur leur cible. Pour coupler le réseau, Krogan travaille sur le verrouillage de phase imbriqué, où un réseau plus petit se synchronise avant d'ensemencer la couche suivante dans le réseau, et ainsi de suite. Si cela peut fonctionner pour deux couches de lasers – leur objectif de recherche immédiat – alors il pourrait être possible de le faire pour les cinq couches qui, selon les simulations, sont les meilleures pour un faisceau de 100 gigawatts.

Le deuxième grand défi est la voile solaire. Bien que le concept existe depuis des décennies, il n'a été déployé avec succès qu'en 2010, lorsque le vaisseau spatial japonais Ikaros a testé une voile de 14 mètres carrés lors de sa mission autour du soleil. Mais une voile qui peut supporter la légère pression des photons solaires est radicalement différente de celle qui peut résister au laser le plus puissant jamais construit - la différence entre laisser une brume d'avril vous frapper le visage et se faire marteler par un tuyau d'incendie.

Pour gérer cela, la voile Starshot doit être extrêmement robuste, mais elle doit également être extrêmement légère. La clé, explique Krogan, est de laisser passer une partie de cette puissance : le matériau de la voile doit être transparent et réfléchissant à la fois. Le verre est l'un des candidats les plus prometteurs, même s'il faudrait ajuster ses propriétés pour obtenir le mélange parfait de réflectivité et de transparence. Le matériau idéal doit encore être inventé, mais il y a des avancées prometteuses, dit Krogan.

Prashant Srinivasan fait partie de ceux qui travaillent sur des engins spatiaux propulsés par laser dont le groupe espère pouvoir atteindre Alpha Centauri en une génération. Michelle Groskopf

Le troisième défi majeur est la construction du minuscule vaisseau spatial. Les plus petits objets en orbite autour de la Terre en ce moment sont des cubesats, qui mesurent 10 centimètres de côté et pèsent environ un kilogramme. L'équipe de Lubin veut réduire l'ensemble de l'engin à la taille d'une micropuce, ce qu'ils appellent l'échelle d'une tranche. Ils ont miniaturisé des prototypes à la taille d'une pochette d'allumettes et même d'un quart. Mais leurs meilleurs modèles de travail pèsent actuellement environ 100 grammes, encore 100 fois trop lourds pour la mission Alpha Centauri. Les obstacles incluent l'intégration de l'électronique et de la photonique, la rendre capable de résister au rayonnement dans l'espace lointain, la réduction de l'alimentation électrique, le développement d'un propulseur embarqué ultra-petit… la liste est longue.

Mais si les défis techniques sont réels, la principale différence entre Starshot et de nombreux autres projets interstellaires est qu'il ne nécessite pas de nouvelle physique ni même de technologies fondamentalement nouvelles. Lorsque Lubin développait l'idée, il envoyait les détails à ses collègues pour obtenir leurs commentaires. C'étaient des gens qui le déchiraient en lambeaux, dit-il. Les gens qui ne font pas de prisonniers et qui n'ont aucune pitié et qui sont tout à fait à l'aise de dire : ' Espèce d'idiot ! '... J'ai dit : ' S'il vous plaît, détruisez ça, parce que j'en ai marre d'y travailler. ' À la fin, tous ceux à qui j'ai parlé ont dit , 'Eh bien, ça devrait marcher.'

Au moment où les experts techniques de Breakthrough ont examiné le concept, les grandes lignes étaient solides. Worden était excité. Nous étions tous convaincus que c'était la première technologie interstellaire vraiment plausible que nous pouvions faire de notre vivant et qu'elle serait abordable, dit-il.

Et même si tous les problèmes ne seront pas résolus, il vaut la peine d'en résoudre certains, dit-il. Par exemple, développer un vaisseau spatial entièrement capable qui pèse moins d'un gramme serait une révolution majeure. Les Cubesats ont été rejetés par beaucoup jusqu'à il y a quelques années à peine ; maintenant il y en a des constellations. Les puces, dit-il, arriveront bientôt à maturité et révolutionneront la science et les communications. Des réseaux laser efficaces et peu coûteux pourraient être utiles pour des tâches telles que l'élimination des déchets spatiaux. Et les progrès des voiles légères permettraient aux engins spatiaux à micro-échelle de notre propre système solaire d'atteindre d'autres planètes en quelques mois, et non en quelques années. Cela va changer notre compréhension des objets de notre système solaire et la recherche de la vie, dit Worden. Et commercialement, cela va être extrêmement précieux lors de la recherche de ressources spatiales.

Il y a cependant un problème qui ne peut être résolu par la technologie : la géopolitique. Les lasers aideraient à propulser les voiles solaires, explique Joan Johnson-Freese, professeur de sécurité nationale au US Naval War College, qui siège également au conseil d'administration de Breakthrough. Mais quand on parle de tirer des lasers, les gens deviennent très nerveux.

Elle suggère que des accords internationaux garantiraient probablement l'utilisation la plus large et la plus bénéfique d'un laser aussi puissant. Et le potentiel militaire de l'espace n'est pas nouveau : aujourd'hui, tout ce que fait la Chine dans l'espace est considéré comme à double usage. Il en va de même pour les États-Unis, dit-elle. La Chine pourrait interpréter tout ce que nous faisons comme une menace.

Une voie à suivre pourrait être de démocratiser l'exploration. Historiquement, les États-Unis et d'autres superpuissances ont dominé l'espace, mais Starshot pourrait l'ouvrir aux pays qui n'y ont pas accès. Une nation qui a lancé une flotte de chipsats pourrait accéder aux communications, à l'exploration et à la reconnaissance commerciale qui étaient auparavant inabordables. C'est un projet rare qui a des implications technologiques, scientifiques, commerciales et géopolitiques aussi importantes.

Michelle Groskopf

Cela nécessite une réflexion approfondie, ainsi que de la transparence, et éventuellement une collaboration internationale et des conversations à long terme, dit Lubin. Heureusement, nous avons un peu de temps, car nous ne nous déployons pas de si tôt.

Alors, quand Starshot sera-t-il réalisé? L'un des objectifs est d'amener des sondes à Alpha Centauri d'ici 2061, le 100e anniversaire du vol orbital pionnier de Youri Gagarine. C'est loin, presque certainement au-delà de la vie de Lubin. Il dit que le projet n'aura une chance que si les gens réalisent qu'il est basé sur des jalons, un road trip avec de nombreux points en cours de route.

Mais ce long horizon signifie qu'il va avoir besoin d'argent. Les contributions de la NASA ont expiré cette année. L'autre argent provient d'un philanthrope anonyme. Et jusqu'à présent, le financement de Breakthrough n'est pas encore arrivé.

Nous sommes une nouvelle organisation et nous en sommes encore à la phase de démarrage, dit Worden, promettant que l'argent viendra une fois les négociations entre les universités, les entrepreneurs et les régulateurs terminées.

C'est un casse-tête, mais Lubin n'a pas peur d'un peu de complexité. C'est exactement de cela qu'il s'agit. Ce n'est pas seulement une technologie à usage unique, dit-il. Ce ne sont pas que des galettes aux étoiles. Ce sont des cubesats vers Europe, ou des humains vers Mars rapidement, ou la capacité de garder un vaisseau spatial en orbite plus longtemps à basse altitude, ou de protéger la planète des menaces extérieures comme les astéroïdes. Si vous ne comprenez pas toute l'étendue de cette technologie, vous passez à côté de la beauté de la transformation qu'elle rend possible.

Kate Greene est essayiste, poète et ancienne physicienne laser.

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