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Les premiers progrès technologiques nécessaires pour mener à bien le projet Breakthrough Starshot sont en bonne voie. Rappelons que l’objet de ce projet est d’explorer les systèmes de Proxima et d’Alpha Centauri (les étoiles les plus proches du Soleil) avec une flotte de sondes ultralégères emportées par des voiles qui seront propulsées par la lumière.
Sur le plan organisationnel, Breakthrough Starshot est un programme de recherche et d’ingénierie fondé en Mars 2016 par Youri Milner, Stephen Hawking et Marc Zuckerberg qui s’appuient sur un Comité de conseillers scientifiques reconnus (surtout américains). Il est doté pour sa phase initiale de 100 millions de dollars. Les promoteurs se sont donnés vingt ans pour aboutir*.
* Voir mes articles précédents sur le sujet. (21 et 28 décembre 2016; 4 janvier 2017)
Proxima Centauri se trouve à 4,24 années-lumière de la Terre. Il faudrait 20.000 ans à un vaisseau doté d’une propulsion classique pour l’atteindre. Le principe du Programme est d’une part de réduire au maximum la masse à projeter tout en la dotant d’une charge utile permettant un minimum d’ajustements de trajectoire, la collecte d’informations sur le système stellaire visité, la transmission à la Terre des données collectées et, d’autre part, de fournir l’énergie lumineuse la plus puissante possible pendant la très courte période pendant laquelle les vaisseaux ne seront pas trop éloignés, pour que la vitesse acquise à la fin de cette période permette un retour d’informations dans un délai acceptable par rapport à la durée d’une vie humaine.
Ce principe implique (1) la miniaturisation des vaisseaux et leur fonctionnement coordonné (en essaim), (2) l’allègement et la réflectivité maximum des voiles photoniques et (3) la mise au point de lasers ultra-puissants.
Il semble théoriquement possible d’atteindre une masse d’un seul gramme pour le vaisseau et une masse d’un seul gramme pour la voile (qui aurait quatre m2). Le dispositif de propulsion serait une forêt de lasers, quelque part en altitude à la surface de la Terre, qui diffuseraient une énergie lumineuse de 100 milliards de W pendant 10 minutes en direction des voiles (larguées précédemment dans l’espace proche), durée nécessaire pour impulser aux vaisseaux une vitesse relativiste de 0,2c (20% de la vitesse de la lumière) et atteignent une distance de 2 millions de km (après laquelle les lasers deviendraient inefficients).
Une fois acquise, la vitesse de 0,2c se conserverait (puisque rien ne freine un objet lancé dans l’espace au-delà de la sphère de Hill* de la planète dont il provient, si ce n’est la force de gravité de plus en plus faible du Soleil) et permettrait d’atteindre le système de Proxima Centauri en 20 ans. Le grand nombre de vaisseaux prévus (un millier) doit permettre une observation commune de la cible et aussi procurer une redondance pour pallier les défaillances d’un certain pourcentage d’entre eux.
*sphère à l’intérieur de laquelle sa gravité s’exerce de façon sensible.
En juillet dernier, un test a été effectué sur une première série de vaisseaux miniaturisés, dénommés « sprites » (« lutins », en Français) conçus par Zac Manchester, ingénieur en aérospatial de l’Université Cornell. Lancés le 26 juin, en orbite basse terrestre, ils fonctionnent et communiquent avec la Terre. Tout petits (mais pas encore assez !) ils mesurent 3,5 x 3,5 cm et pèsent 4 grammes. Il s’agit en fait d’une carte électronique dans laquelle sont intégrés des capteurs (magnétomètre et gyroscope) un microprocesseur, un transmetteur radio et des cellules photovoltaïque pour fournir au vaisseau l’énergie dont il a besoin pour fonctionner (puissance 100 milliwatts).
Bien sûr il reste beaucoup à faire pour que le projet, très complexe et très futuriste, atteigne ses objectifs mais la miniaturisation du vaisseau est une étape incontournable et on peut déjà féliciter Zac Manchester pour la prouesse réalisée. Pour comparaison, on peut se référer à IKAROS de l’agence japonaise JAXA, qui lancé et déployé en 2010, a été le premier vaisseau spatial à propulsion photonique. Comme les sprites il fut placé en orbite basse terrestre mais il pesait 315 kg dont 300 kg pour le vaisseau et 15 kg pour la voile (de 14,1 mètres de côté, soit 178 m2) ! L’objet était de tester le déploiement de la voile et de démontrer sa capacité à naviguer sur instructions données de la Terre. L’engin prévu pour un minimum de 6 mois, fonctionnait encore en 2015. Les progrès en miniaturisation sont donc très remarquables et laissent espérer encore mieux. NB : IKAROS utilisait la lumière du Soleil, ce qui n’est pas tout à fait la même chose que d’utiliser la lumière de lasers puisque la première est diffuse et la seconde concentrée et donc que la première nécessite une voile plus grande, mais dans les deux cas il s’agit de propulsion photonique.
Une inquiétude que j’ai et qui ne pourra être testée facilement, c’est l’effet qu’auront les GCR (« Galactic Cosmic Ray », radiations galactiques) sur les circuits miniaturisés pendant une longue période (les 20 ans du voyage). A l’intérieur du système solaire nous sommes un peu protégés de ces radiations par le rayonnement solaire. Les impacts de HZE (noyaux d’éléments lourds, tels que le fer) constituent un pourcentage faible des GCR (2%) ; ils sont néanmoins très dangereux par leur énergie et leur masse. Qu’en sera-t-il en dehors de la sphère de protection du soleil ? Seront-ils plus abondants ? Peut-être que les HZE ne seront pas plus nombreux puisque de toutes façons ils sont très peu arrêtés par les radiations solaires. Même si c’est bien le cas, la redondance prévue des sondes sera-t-elle suffisante pour que le dispositif reste utilisable après 20 ans de voyage malgré les impacts ? C’est ce que la suite de l’histoire nous dira ! Souhaitons donc bonne continuation à Breakthrough Starshot !
Image à la Une: un sprite, premier vaisseau spatial conçu dans le cadre du programme Breakthrough Starshot.
Image ci-dessous: ce à quoi pourrait ressembler un vaisseau spatial du programme quand il sera au point (voile de 4 m2 emportant un vaisseau de un gramme):