Un vaisseau spatial femto pourrait se rendre à Alpha Centauri

L'année dernière, une petite équipe d'astronomes a annoncé la découverte d'une planète semblable à la Terre en orbite autour de l'étoile naine rouge Proxima Centauri, l'une de nos voisines les plus proches dans le système Alpha Centauri. Cette exoplanète, appelée Proxima Centauri b, se trouve dans la zone habitable autour de son hôte. Toute eau devrait exister sous forme liquide, faisant de cette planète un candidat important dans la recherche de vie extraterrestre.

Par conséquent, Proxima Centauri b a suscité un vif intérêt. Il se trouve à environ 40 billions de kilomètres de la Terre, une distance parcourue par la lumière en un peu plus de quatre ans. Un vaisseau spatial voyageant à environ un dixième de la vitesse de la lumière pourrait faire le voyage en 50 ans environ.

Et cela soulève une question intéressante. Est-il possible de construire un vaisseau spatial que nous pourrions envoyer à Proxima Centauri pendant la durée de vie des personnes vivant aujourd'hui ?

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse, grâce au travail d'Andreas Hein et de ses amis de l'Institute for Interstellar Studies de Londres, au Royaume-Uni. Ces gars ont élaboré des plans pour un vaisseau spatial de la taille d'un gramme qui pourrait faire le voyage, équipé d'une suite sur des instruments capables de faire des observations rudimentaires du système stellaire et de renvoyer les résultats sur Terre. Ils appellent leur vaisseau spatial femto la sonde Andromeda et disent qu'il pourrait être en route vers Proxima Centauri et ses étoiles sœurs dans quelques années seulement.

Mais il y a une mise en garde. Alors que certaines des technologies requises pour ce voyage sont disponibles maintenant ou dans un avenir proche, d'autres sont beaucoup plus spéculatives.

La conception de base est simple. La sonde Andromeda est essentiellement les entrailles gonflées d'un appareil photo de smartphone. Il se compose d'un appareil photo noir et blanc de 12 mégapixels, d'un objectif, de quelques capteurs inertiels et d'un magnétomètre. Il dispose également d'une batterie nucléaire, d'une direction rudimentaire et d'un système de communication. La masse totale du vaisseau spatial proposé est de 23 grammes, disent Hein et co.

Et il est propulsé par la lumière laser. L'idée, que plusieurs autres ont explorée auparavant, est d'équiper la sonde Andromeda d'une voile légère et de l'accélérer vers Proxima Centauri à la pointe d'un faisceau laser extrêmement puissant. Ce laser sera placé en orbite terrestre avec une puissance de sortie continue de 15 gigawatts.

Hein et co donnent un aperçu complet des défis technologiques impliqués dans la construction d'un tel vaisseau spatial (si ce n'est le système laser).

L'un des défis les plus critiques est la navigation dans l'espace lointain. Une grande partie de la précision de navigation de la sonde dépendra de la précision de pointage du laser. L'équipe affirme qu'une précision au nanoradian ferait l'affaire et que plusieurs engins spatiaux actuels ont des exigences similaires. Le télescope James Webb, par exemple, a une précision de pointage de 24 nanoradians.

Mais le vaisseau spatial devra encore faire des ajustements mineurs de temps en temps. Et cela ne sera possible que s'il sait où il se trouve avec une grande précision. Cela pourrait être fait en utilisant la caméra embarquée et les capteurs inertiels pour le suivi des étoiles, mais cela reste une tâche difficile.

Le vaisseau spatial devra également s'orienter et suivre les objets avec précision. Voyageant à une vitesse de 0,1 lumière, le vaisseau spatial traversera le système Proxima Centauri en environ six jours. Pendant ce temps, il devra prendre autant de photographies et d'autres observations que possible.

Ainsi, le vaisseau spatial devra suivre ses cibles et se pointer vers elles avec une grande précision, sinon les images seront inutiles. Et il devra le faire de manière autonome, car le délai de huit ans pour les communications impose de fortes contraintes sur l'aide que le contrôle au sol peut apporter.

Hein et co identifient différentes manières de pointer le vaisseau spatial et de changer son orientation. Surtout, plusieurs d'entre eux ne nécessitent pas de sources d'alimentation internes. Une idée consiste à modifier la réflectance de certaines parties de la voile de lumière afin que le laser exerce une force inégale qui la fait tourner.

Une autre idée, plus gourmande en énergie, consiste à déplacer une masse sur un faisceau, provoquant la rotation du vaisseau spatial. Mais le favori de l'équipe est d'équiper la voile de volets mobiles qui peuvent générer du couple et ainsi faire tourner le vaisseau spatial.

L'un des problèmes des voyages interstellaires est le risque de heurter une particule de poussière. À un dixième de la vitesse de la lumière, une telle collision pourrait vaporiser le vaisseau spatial. Hein et co prévoient donc de recouvrir la sonde d'un bouclier Whipple en graphène composé de plusieurs couches conçues pour briser toute particule lors de leur passage à travers les couches, répartissant ainsi leur énergie.

Le risque de destruction soulève une autre idée intéressante : envoyer un essaim de vaisseaux spatiaux. Cela augmente la redondance de la mission et la capacité de collecte de données. Il fait également un meilleur usage du faisceau laser, qui s'étalera, donc une grande partie de l'énergie sera perdue. Pour ces raisons, un essaim de femto-vaisseaux spatiaux a du sens.

Ensuite, il y a le système de communication avec la Terre, qui doit être capable de renvoyer à la maison toutes les images prises par le vaisseau spatial. Avec une puissance supérieure et à des distances de plusieurs années-lumière, cela prendra probablement beaucoup de temps.

Mais il pourrait être amélioré de diverses manières. Une idée est de mettre en place un système de données en envoyant des femto-vaisseaux spatiaux à différents moments pour intercepter les signaux et les transmettre. Une autre consiste à utiliser le champ gravitationnel du soleil comme lentille pour focaliser les signaux de Proxima Centauri. Cela signifierait placer un vaisseau spatial derrière notre soleil en ligne directe avec la cible, une autre tâche difficile et coûteuse.

L'alimentation à bord est un peu plus simple. Cela devrait être une batterie nucléaire quelconque. Cela génère de la chaleur lorsque son contenu radioactif se désintègre et est l'un des rares composants qui se situent bien dans les limites de l'ingénierie moderne.

Enfin, il y a la question délicate de savoir combien tout cela coûterait et quand une telle mission pourrait être envoyée. Hein et co s'installent sur le chiffre remarquable de 11 millions de dollars des coûts de développement du premier vaisseau spatial. Cela semble ambitieux, même si ce n'est que pour le vaisseau spatial.

Il ne tient pas non plus compte des coûts beaucoup plus importants associés au développement et au lancement d'un système de propulsion laser aux proportions gargantuesques. Un laser de 15 GW est une bête importante. C'est environ un ordre de grandeur supérieur à la capacité du barrage des Trois Gorges en Chine, actuellement la centrale électrique la plus puissante du monde.

Alors que certaines des technologies derrière cette idée semblent réalisables à court ou moyen terme, il y en a plusieurs qui ne le sont pas, en particulier le système de propulsion laser. Ni les coûts ni le calendrier ne semblent pleinement ancrés dans le monde réel.

Néanmoins, Hein et co disent que leur rapport suppose une date de lancement quelque part entre 2025 et 2035.

La lacune la plus importante de cette mission est peut-être le gain scientifique. La promesse ici, c'est quelques images de smartphones de Proxima Centauri ou de ses sœurs stars du système Alpha Centauri.

Il y a une forte probabilité que ces images ne soient pas de haute qualité et ne montrent rien du tout, surtout Proxima Centauri b. Selon toute vraisemblance, nous pourrons probablement prendre de meilleures photos de cette exoplanète plus rapidement en utilisant les télescopes spatiaux de notre propre système solaire, comme le télescope James Webb.

Mais c'est ignorer l'esprit d'aventure de cette mission. Et c'est pourquoi il serait imprudent de l'exclure.

Une nouvelle course à l'espace se prépare alors que les entreprises spatiales privées se disputent l'accès à l'orbite. Les cibles les plus clairement en vue sont : envoyer des humains en orbite, les envoyer autour de la lune, des astéroïdes à proximité et peut-être sur eux. Au-delà, il y a Mars.

Mais pour une entreprise spatiale en herbe qui souhaite se faire un nom, Proxima Centauri et ses stars sœurs pourraient faire une proposition difficile. Hein et co croisent sûrement les doigts.

Réf : arxiv.org/abs/1708.03556 : L'étude Andromeda : une mission de vaisseau spatial femto vers Alpha du Centaure

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