Depuis des centaines d’années, les humains se consacrent à l’exploration des mystères de l’univers. Cependant, pour réaliser la navigation interstellaire, les besoins en énergie des engins spatiaux seront plus stricts. Pour voyager vers des étoiles situées à des dizaines d’années-lumière, nous devons transporter beaucoup de carburant, mais cela rendrait le vaisseau spatial trop lourd.
Puisqu’il existe de nombreux obstacles pour transporter du carburant avec soi, est-il possible de voyager léger et de simplement renoncer au carburant ? Il existe désormais la possibilité d'attacher un vaisseau spatial à une voile réfléchissante géante et de le faire briller avec un puissant laser. L'élan des photons poussera le vaisseau spatial à une fraction de la vitesse de la lumière. En utilisant le faisceau, la mission de voile légère peut atteindre Proxima Centauri (Proxima Centauri est l'étoile la plus proche de la Terre après le Soleil, à environ 4,2 années-lumière de nous) en quelques décennies.
Qu'est-ce qu'une voile légère ? Une voile légère, également connue sous le nom de voile solaire ou voile photonique, est un système de propulsion d'engin spatial qui utilise la légère pression de la lumière du soleil comme propulsion. Les voiles légères utilisent la légère pression de la lumière du soleil plutôt que l’énergie générée par l’énergie solaire.
La voile lumineuse est une lentille géante à film mince d’une épaisseur de seulement un dixième de celle d’un cheveu humain. Il peut être compris comme une voile à l’ère de la découverte. La voile lumineuse génère une légère pression en recevant la lumière du soleil, poussant ainsi le vaisseau spatial à se déplacer et à accélérer. Étant donné que la pression de rayonnement de la lumière solaire est très faible, la voile lumineuse doit subir un long processus d'accélération, mais son avantage est qu'elle peut être utilisée partout où il y a du soleil ou d'autres lumières d'étoiles, elle peut donc théoriquement effectuer un voyage interstellaire à long terme.
Cependant, les problèmes liés à la construction d'une voile légère suffisamment grande et légère et à la manière de la faire avancer doivent encore être résolus. Actuellement, la technologie des voiles légères en est encore au stade de la recherche théorique et les défis d’ingénierie sont énormes, car même les plus petits problèmes peuvent être difficiles à résoudre sur des décennies d’années-lumière.
Concernant la stabilité des voiles lumineuses pilotées par laser, un article récent explique comment équilibrer la voile lumineuse sur le faisceau laser. Alors qu'un laser peut être pointé directement sur une étoile, ou sur l'emplacement de l'étoile des décennies plus tard, la voile lumineuse ne peut suivre le faisceau que si celui-ci est parfaitement équilibré. Si la voile lumineuse est légèrement inclinée par rapport au faisceau, la lumière laser réfléchie donnera à la voile lumineuse une légère poussée latérale. Aussi petite que soit cette déviation, elle augmentera avec le temps, provoquant un écart continu de la trajectoire de la voile légère par rapport à la cible. Nous ne pouvons jamais aligner parfaitement une voile légère, nous avons donc besoin d’un moyen de corriger les petits écarts.
Les fusées traditionnelles utilisent essentiellement des gyroscopes internes pour stabiliser la fusée et utilisent le moteur pour ajuster dynamiquement la poussée afin de rétablir l'équilibre. Mais les systèmes de gyroscope sont trop volumineux pour les voiles lumineuses interstellaires, et les ajustements du faisceau prendraient des mois, voire des années, pour atteindre la voile lumineuse, ce qui rendrait impossible des changements rapides. Mais l'article propose d'utiliser une astuce de rayonnement appelée Poynting. -Effet Robertson.
L'effet Poynting-Robertson fait référence au phénomène selon lequel les particules dans l'espace interplanétaire sont entraînées vers le soleil et se déplacent autour du soleil en raison de l'interaction avec le rayonnement solaire. Elle est causée par l'absorption et l'émission de rayonnement par les particules, c'est pourquoi on l'appelle également l'effet de la pression lumineuse qui fait que les particules de poussière tombent lentement vers le soleil le long d'une orbite en spirale. L'intensité de cet effet est proportionnelle à la vitesse linéaire de la poussière autour du soleil et à l'intensité du rayonnement solaire.
Alors, comment pouvons-nous utiliser l’effet Poynting-Robertson pour maintenir notre détecteur de voile légère sur le cap ? En supposant que le faisceau est une simple onde plane monochromatique (les vrais lasers sont plus complexes), les auteurs montrent comment un simple système à deux voiles peut utiliser les effets du mouvement relatif pour maintenir l’équilibre de l’engin. Lorsque la voile dévie légèrement de sa trajectoire, la force de rappel de la poutre l'annule. Cela prouve que le concept est réalisable. Mais au fil du temps, des effets relativistes entrent également en jeu. Des recherches antérieures ont pris en compte l'effet Doppler du mouvement relatif, mais cette étude montre qu'une version relativiste de l'aberration chromatique entre également en jeu. La gamme complète des effets relativistes doit être prise en compte dans les conceptions réelles, ce qui nécessite des techniques de modélisation et optiques complexes. Les voiles légères semblent donc encore être un moyen possible d'atteindre les étoiles. C'est juste que nous devons faire attention à ne pas sous-estimer les défis techniques.
