Nouvelle forme de propulsion de vaisseau spatial proposée pour la mission Uranus

L'humanité n'a envoyé qu'une poignée de vaisseaux spatiaux vers le système solaire extérieur au-delà de la ceinture d'astéroïdes. Il y a eu les Pionniers et les Voyageurs qui ont quitté la Terre dans les années 1970. La mission Galileo s'est dirigée vers Jupiter en 1989 et Cassini-Huygens vers Saturne en 1997. Enfin, la mission New Horizons a quitté la Terre en 2006 et se dirige actuellement vers Pluton et la ceinture de Kuiper.

Un problème avec ces missions est le temps et le coût impliqués. Galilée a mis 6 ans pour atteindre Jupiter et a coûté environ 1,6 milliard de dollars tandis que Cassini-Huygens a mis 7 ans pour atteindre Saturne et a coûté presque autant.

Maintenant, une équipe dirigée par la Finlande propose une mission vers Uranus propulsée par une nouvelle forme de propulsion exotique qui est actuellement testée en orbite terrestre. Cette propulsion est à énergie solaire et ne nécessite donc pas d'ergol à bord. Et il peut envoyer une sonde à Uranus à peu près en même temps que Galilée a mis pour se rendre à Jupiter, qui est à moins de la moitié de la distance. Mais les coûts d'une telle mission ne sont pas encore clairs.

Un problème pour les sondes visitant le système solaire externe est de générer la vitesse nécessaire pour s'y rendre, contre l'attraction de la gravité du Soleil. Le plan initial de la mission Galileo, par exemple, était d'utiliser la navette spatiale pour placer la sonde et sa fusée d'appoint en orbite terrestre. Le booster a été conçu pour envoyer la sonde directement à Jupiter en moins de deux ans.

Mais au lendemain de la catastrophe de Challenger, la NASA a décidé qu'il ne serait pas judicieux de placer une fusée éteinte dans la soute de la navette. Et comme aucune autre fusée ne pouvait soulever Galileo et son propulseur, la NASA a dû trouver un autre moyen de s'y rendre. D'où l'approche fronde.

La mission Uranus proposée adopte une approche totalement différente basée sur le concept d'une voile électrique ou E-sail, qui a été proposé par l'ingénieur finlandais Pekka Janhunen en 2006 (qui est également le chef de file de la nouvelle proposition Uranus). Une voile électronique est très différente d'une voile solaire conventionnelle, qui génère une poussée à partir de la pression des photons frappant la voile.

En revanche, la voile électronique repose sur des particules chargées telles que des protons et des particules alpha dans le vent solaire. L'idée est de générer un champ électrique autour de l'engin spatial qui dévie ces particules ionisées et génère une force qui accélère l'engin tout au long de son voyage.

La voile se compose d'un ensemble de fils conducteurs qui s'étendent radialement depuis le vaisseau spatial comme des rayons sur une roue. Le champ électrique est généré à l'aide de l'énergie solaire. Et avec 540 Watts, la voile devrait générer environ 0,5 Newton accélérant l'engin d'environ 1 mm/s^2.

Cela devrait produire une vitesse d'environ 20 km/s au moment où il atteint Uranus, ce qui donne un temps de trajet d'environ 6 ans.

L'engin lui-même est conçu en trois parties. Le premier est le module E-sail avec des panneaux solaires et des enrouleurs d'attache pour étendre les fils. Le second est le corps principal de l'engin avec des propulseurs chimiques pour effectuer des ajustements de trajectoire en route et à proximité d'Uranus, ainsi que des équipements de communication pour le contact avec la Terre.

La dernière partie est un module d'entrée qui est relâché dans l'atmosphère d'Uranus, où il effectue diverses mesures scientifiques pour une transmission vers la Terre via l'engin principal qui sert de relais.

Janhunen et co disent que cette conception conviendrait également aux voyages vers d'autres géantes gazeuses avec des modifications mineures.

C'est une idée ambitieuse, notamment parce que l'idée E-Sail n'a jamais été essayée à une telle échelle. Un petit satellite appelé ESTCube-1 teste actuellement l'idée et l'Union européenne a un projet de recherche en cours pour la tester davantage. Un autre satellite finlandais testera le principe plus en détail cette année mais des travaux supplémentaires seront sûrement nécessaires pour une mission de ce type.

Néanmoins, les avantages des voiles électriques par rapport aux frondes gravitationnelles sont clairs. En plus d'être plus rapides, ils peuvent également être lancés à presque n'importe quel moment avec seulement des variations mineures du temps de trajet. En revanche, les frondes ne peuvent partir que lorsque les dieux gravitationnels sont alignés.

Ce que Janhunen et ses collègues ne discutent pas, c'est le coût d'une telle mission, qui, pour être juste, est difficile à cerner à ce stade de la conception. L'avantage d'une mission de type Cassini ou Galileo est que ces engins fonctionnent pendant des années autour de leurs planètes cibles en renvoyant d'énormes trésors de données, mais à un coût énorme. L'inconvénient est que tout est perdu si le vaisseau spatial est perdu d'une manière ou d'une autre.

En revanche, la mission E-sail renvoie quelques minutes de données depuis sa fougueuse entrée dans l'atmosphère. C'est sûrement précieux, mais cela devrait être beaucoup moins cher pour être justifié.

Une bonne compréhension des coûts relatifs de ce type de missions sera donc cruciale pour déterminer si E-Sails a un avenir dans l'exploration du système solaire externe.

Réf : arxiv.org/abs/1312.6554 : Mission de sonde d'entrée Uranus Fast E-Sail

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