Chevaucher un faisceau d'énergie vers l'espace

Cette semaine au 45e conférence et exposition conjointes sur la propulsion à Denver, des chercheurs, des scientifiques et des ingénieurs discuteront des dernières avancées en matière de systèmes de propulsion pour les engins spatiaux et les avions commerciaux.

Un des premiers modèles d'un lightcraft propulsé par laser.
Crédit : Institut polytechnique Rensselaer

L'un des sujets à l'étude est la propulsion par faisceau d'énergie – utilisant un faisceau d'énergie dirigé vers un vaisseau spatial soit pour chauffer son propulseur, soit pour fournir de l'électricité à son moteur. En supprimant la source d'énergie de la fusée elle-même, la propulsion par faisceau d'énergie a le potentiel de rendre le lancement d'engins spatiaux moins coûteux et plus fiable.

Dans la propulsion chimique conventionnelle, des quantités massives d'énergie sont stockées dans le carburant d'une fusée, ce qui représente une part importante de son poids. En outre, les systèmes chimiques sont chauffés à des températures supérieures au point de fusion de certains matériaux dans la fusée elle-même, explique Alexander Bruccoleri, chercheur au département d'aéronautique et d'astronautique du MIT, qui a récemment obtenu sa maîtrise du Space Propulsion Lab. Bruccoleri a présenté un article lors de la conférence du 3 août sur une métrique de comparaison qu'il a inventée pour tester les systèmes d'énergie de faisceau.

L'énergie des faisceaux a été imaginée à la fin des années 1970 par le centre de recherche Ames de la NASA et le California Institute of Technology. L'idée était d'utiliser des lasers comme échangeur de chaleur – prendre l'énergie et produire un fluide chaud qui peut se dilater hors de la buse, explique Bruccoleri. Aujourd'hui, les chercheurs explorent des systèmes lasers au sol qui chauffent des combustibles tels que l'hydrogène à une température plus facile à gérer. Les molécules d'hydrogène peuvent être accélérées deux fois plus vite que les molécules d'eau à la même température, offrant une meilleure vitesse d'échappement - la poussée que vous obtenez pour la vitesse à laquelle vous brûlez le propulseur, explique Bruccoleri. L'utilisation de la lumière comme source d'alimentation externe peut alléger le poids et la masse d'un système embarqué, laissant de la place aux charges utiles scientifiques, par exemple, et elle fournit plus de puissance de propulsion.

Jeu Myrabo , professeur agrégé de génie mécanique, aérospatial et nucléaire à l'Institut polytechnique Rensselaer de Troy, dans l'État de New York, affirme que les trois à cinq dernières années ont rapproché ces systèmes de la réalité, car les technologies de rayonnement d'énergie telles que les faisceaux laser et les systèmes à longueur d'onde millimétrique ont baissé de coût. . Myrabo, fondateur de Technologies Lightcraft , a démontré que l'on peut propulser un petit engin léger à 71 mètres dans les airs en utilisant des impulsions lumineuses qui chauffent le propulseur. Il bénéficie actuellement d'une subvention de cinq ans de l'US Air Force pour explorer la propulsion laser pour lancer des satellites à un coût extrêmement bas et à haute fiabilité, et effectue des tests au Brésil en collaboration avec l'armée de l'air de ce pays.

Alors que Myrabo dit que de tels systèmes pourraient être une réalité dans 5 à 10 ans, d'autres sont sceptiques. Kevin Johnson, directeur de l'exploration spatiale et de la propulsion des engins spatiaux à Systèmes spatiaux Lockheed Martin à Denver, par exemple, s'inquiète du potentiel d'interférence atmosphérique avec le faisceau. Greg McAllister, ingénieur en propulsion de l'état-major également chez Lockheed Martin, est d'accord et dit qu'une source d'énergie suffisamment puissante pour propulser une fusée pourrait également la brûler. (McAllister présente un article à la conférence sur le test des propulseurs d'accélérateur à impulsions utilisés pour la mission Mars Phoenix.)

Johnson dit que bien que le système puisse générer suffisamment d'énergie à partir d'une station au sol et réduire les coûts, il est possible qu'il soit réalisable dans plus de 20 ans.

Un vol d'essai d'un lightcraft utilisant des impulsions lumineuses menées par Myrabo en 2000 à White Sands Missile Range au Nouveau-Mexique. Crédit : RPI

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