Un ascenseur spatial est possible avec la technologie d'aujourd'hui, disent les chercheurs (nous avons juste besoin de le suspendre à la lune)

Photo-illustration de l'ascenseur spatial Images originales : Michel Paz, Jeremy Thomas | Unsplash ; édité par MIT Technology Review

Le plus grand obstacle à l'expansion de l'humanité dans tout le système solaire est peut-être le coût prohibitif d'échapper à l'attraction gravitationnelle de la Terre. Dites donc Zephyr Penoyre de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni et Emily Sandford de l'Université Columbia à New York.

Le problème est que les moteurs de fusée fonctionnent en larguant de la masse dans une direction pour générer une poussée pour un vaisseau spatial dans l'autre. Et cela nécessite d'énormes volumes de propulseur, qui sont finalement jetés mais doivent également être accélérés avec le vaisseau spatial.

Le résultat est que la mise en orbite d'un seul kilogramme coûte environ des dizaines de milliers de dollars. Se rendre sur la lune et au-delà est encore plus cher. Il y a donc un intérêt considérable à trouver des moyens moins coûteux d'entrer en orbite.

Une idée est de construire un ascenseur spatial - un câble s'étendant de la Terre à l'orbite qui permet de monter dans l'espace. Le gros avantage est que le processus d'escalade peut être alimenté par l'énergie solaire et ne nécessite donc aucun carburant à bord.

Mais il y a aussi un gros problème. Un tel câble devrait être incroyablement solide. Les nanotubes de carbone sont un matériau potentiel s'ils peuvent jamais être fabriqués assez longtemps. Mais les options disponibles aujourd'hui sont tout simplement trop faibles.

Entrez Penoyre et Sandford, qui ont revisité l'idée avec une torsion. Ils disent que leur version d'un ascenseur spatial, qu'ils appellent une ligne spatiale, pourrait être construite avec des matériaux disponibles dans le commerce aujourd'hui.

Tout d'abord un peu de contexte. Un ascenseur spatial tel que conçu de manière conventionnelle consisterait en un câble ancré au sol et s'étendant au-delà de l'orbite géosynchrone, à quelque 42 000 kilomètres (26 098 miles) au-dessus de la Terre.

Un tel câble aurait une masse considérable. Donc, pour l'empêcher de tomber, il faudrait qu'il soit équilibré à l'autre extrémité par une masse en orbite similaire. L'ensemble de l'ascenseur serait alors soutenu par des forces centrifuges.

Pendant de nombreuses années, les physiciens, les écrivains de science-fiction et les visionnaires ont calculé avec enthousiasme la taille de ces forces, pour être malheureusement découragés par le résultat. Aucun matériau connu n'est assez solide pour faire face à ces forces - ni la soie d'araignée, ni le Kevlar, ni même les polymères de fibre de carbone modernes les plus solides.

Ainsi Penoyre et Sandford ont adopté une approche différente. Au lieu d'ancrer le câble sur Terre, ils proposent de l'ancrer sur la Lune et de le faire pendre vers la Terre.

La grande différence vient des forces centrifuges. Un ascenseur spatial conventionnel ferait une rotation complète chaque jour, en ligne avec la rotation de la Terre. Mais la ligne spatiale basée sur la lune n'orbiterait qu'une fois par mois, un rythme beaucoup plus lent avec des forces proportionnellement plus faibles.

De plus, les forces sont disposées différemment. En s'étendant de la Lune à la Terre, la ligne d'espace traverserait une région de l'espace où la gravité terrestre et lunaire s'annulent.

Cette région, connue sous le nom de point de Lagrange, devient une caractéristique centrale d'une ligne d'espace. En dessous, plus près de la Terre, la gravité tire le câble vers la planète. Mais au-dessus, plus près de la lune, la gravité tire le câble vers la surface lunaire.

Penoyre et Sandford montrent rapidement que l'extension du câble de la lune jusqu'à la surface de la Terre génère des forces trop importantes pour les matériaux d'aujourd'hui. Mais le câble n'a pas besoin de s'étirer jusqu'au bout pour être utile.

Le principal résultat des chercheurs est de montrer que les matériaux les plus solides d'aujourd'hui - les polymères de carbone comme le Zylon - pourraient supporter confortablement un câble s'étendant de la lune à l'orbite géosynchrone. Ils poursuivent en suggérant qu'un dispositif de preuve de principe fabriqué à partir d'un câble de l'épaisseur d'une mine de crayon pourrait être suspendu à la lune à un coût mesuré en milliards de dollars.

C'est clairement ambitieux mais en aucun cas excessif pour les missions spatiales modernes. En étendant une ligne, ancrée sur la Lune, jusqu'au plus profond du puits de gravité terrestre, nous pouvons construire un câble stable et traversable permettant la libre circulation du voisinage de la Terre à la surface de la Lune, disent Penoyre et Sandford.

Les économies seraient énormes. Cela réduirait le carburant nécessaire pour atteindre la surface de la lune à un tiers de la valeur actuelle, disent-ils.

Et cela ouvrirait une toute nouvelle région de l'espace à l'exploration - le point de Lagrange. Ceci est intéressant car la gravité et le gradient de gravité dans cette région sont nuls, ce qui la rend beaucoup plus sûre pour les projets de construction. En revanche, le gradient de gravité en orbite terrestre basse rend les orbites beaucoup moins stables.

Si vous déposez un outil depuis la Station spatiale internationale, il semblera s'éloigner rapidement de vous, soulignent Penoyre et Sandford. Le point de Lagrange a un gradient presque négligeable de force gravitationnelle ; l'outil tombé restera à portée de main pendant une période beaucoup plus longue.

Il n'y a pas non plus de débris importants dans cette région. Le point de Lagrange a été pour la plupart épargné par les missions précédentes, et les orbites passant par ici sont chaotiques, ce qui réduit considérablement la quantité de météoroïdes, disent-ils.

Pour ces raisons, Penoyre et Sandford disent que l'accès au point de Lagrange est un avantage majeur de la ligne spatiale. Le camp de base du point de Lagrange est ce que nous pensons être le plus important et le plus influent pour l'utilisation précoce de la ligne spatiale (et pour l'exploration spatiale humaine en général), disent-ils. Un tel camp de base permettrait la construction et la maintenance d'une nouvelle génération d'expériences spatiales - on pourrait imaginer des télescopes, des accélérateurs de particules, des détecteurs d'ondes gravitationnelles, des vivariums, des centrales électriques et des points de lancement pour des missions dans le reste du système solaire.

C'est un travail intéressant qui invite à se concentrer à nouveau sur l'idée d'un ascenseur spatial. L'accès bon marché au point de Lagrange, à la lune et aux points au-delà est peut-être devenu considérablement moins cher et plus probable.

Réf : arxiv.org/abs/1908.09339 : La Spaceline : une alternative pratique à l'ascenseur spatial réalisable avec la technologie actuelle

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