Des physiciens russes résolvent le problème de panne d'électricité radio pour la rentrée des engins spatiaux

Lorsque le vaisseau spatial revient sur Terre, l'une des parties les plus tendues de la mission est la panne de courant radio qui se produit lorsque le véhicule rentre dans l'atmosphère. Voyageant à des vitesses hypersoniques comprises entre Mach 8 et 15, le vaisseau spatial chauffe et décompose les molécules dans l'atmosphère, provoquant la formation d'un plasma. C'est cette gaine de plasma qui empêche la communication radio.

Pour les engins spatiaux habités qui rentrent depuis l'orbite, la panne radio dure quelques minutes, créant des mains moites pour toutes les personnes concernées.

Au fil des ans, de nombreux groupes ont étudié diverses façons de contourner ce problème. Une idée est d'utiliser des signaux basse fréquence qui ne sont pas bloqués par le plasma. Cependant, ceux-ci ne fournissent que de faibles débits de données.

Une autre consiste à façonner l'engin de manière à ce que le plasma ne se forme pas dans certaines zones où une antenne radio peut être placée. Mais cela signifie que l'ensemble du véhicule doit être conçu autour du système de communication, qui ne peut alors pas être modifié.

Une autre idée encore consiste à placer l'antenne radio dans la pointe du nez de manière à ce qu'elle dépasse du plasma. Cela permet la communication radio jusqu'à ce que l'antenne s'use en raison de l'ablation.

Aucune de ces solutions n'est idéale. Mais aujourd'hui, Aleksandr Korotkevich de l'Institut Landau de physique théorique à Moscou et quelques amis révèlent une nouvelle façon de contourner ce problème.

Leur idée est d'utiliser les propriétés du plasma lui-même pour effectuer la transmission de la même manière qu'un expert en judo utilise la force et le mouvement d'un adversaire pour le vaincre. Cela semble une approche simple et élégante.

D'abord un peu de contexte. Les plasmas absorbent des ondes électromagnétiques proches d'une fréquence de résonance spéciale appelée fréquence plasma, qui dépend des propriétés du plasma lui-même telles que sa densité.

Korotkevich et co soulignent que tout signal entrant proche de cette fréquence est à la fois réfléchi et absorbé par le plasma. Le signal réfléchi est perdu mais l'énergie absorbée crée un champ électrique résonant à une certaine profondeur avec le plasma.

C'est un point crucial. En effet, cette couche au sein du plasma agit comme une antenne radio, recevant le signal. Cependant, le signal ne peut pas voyager plus loin à travers le plasma jusqu'à l'engin spatial.

La nouvelle idée est de zapper cette couche avec des ondes radio générées depuis l'intérieur du vaisseau spatial. Ces ondes seront à la fois absorbées par le plasma et réfléchies à l'intérieur du vaisseau spatial. Cependant, le point clé est que les ondes réfléchies doivent être modulées par tout changement du champ électrique dans le plasma.

En d'autres termes, les ondes réfléchies doivent porter une sorte d'empreinte du signal radio externe d'origine. Cela permettrait au contrôle au sol de communiquer avec leurs astronautes.

Korotkevich et ses amis disent que la même idée peut être utilisée à l'envers pour transmettre des signaux. Dans ce cas, faites simplement exploser la gaine de plasma depuis l'intérieur du vaisseau spatial avec le signal qu'ils souhaitent transmettre. Cela transfère le signal de diffusion au champ électrique interne du plasma, qui émet alors un signal beaucoup plus faible dans l'atmosphère.

Korotkevich et co disent que la faiblesse du signal de transmission n'a pas d'importance car les récepteurs au sol peuvent être rendus extrêmement sensibles, certainement beaucoup plus que les mobiles.

C'est une idée intelligente. En effet, ils transforment la gaine de plasma en une antenne géante qui à la fois reçoit et transmet des messages. Et ils disent que cela peut être réalisé avec des émetteurs standard qui sont disponibles plus ou moins dans le commerce aujourd'hui.

Il y a bien sûr quelques mises en garde. Bien que l'étude qu'ils publient aujourd'hui soit intéressante, elle ne considère qu'un cas idéalisé et de nombreux détails supplémentaires devront être pris en compte pour faire fonctionner un prototype.

Une question, par exemple, est de savoir si les signaux radio vont modifier le comportement aérodynamique du plasma, créant des instabilités qui pourraient mettre l'engin en danger.

Korotkevich et co disent non, car les signaux radio varient beaucoup plus rapidement que n'importe quelle instabilité du plasma. En effet, le plasma peut être considéré comme gelé aux fréquences radio, disent-ils.

Cependant, cela n'exclut pas les effets non linéaires qui peuvent permettre à de petites instabilités de se développer rapidement. C'est quelque chose qui devra être étudié plus en détail.

Bien sûr, le grand intérêt viendra probablement des militaires. Alors que le black-out radio n'est guère plus qu'un irritant pour les missions humaines, c'est une limitation sérieuse pour les engins militaires tels que les missiles balistiques ou les avions hypersoniques. Le black-out radio empêche ces véhicules d'accéder aux signaux GPS pour la navigation et ne leur permet pas d'être re-ciblés ou désarmés à la dernière minute.

Si Korotkevich et co ont trouvé un moyen pratique de résoudre ce problème, leurs idées sont susceptibles d'être extrêmement précieuses dans certains milieux.

Réf : arxiv.org/abs/0704.3103 : Communication à travers des gaines plasma

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