En avril 2016, le milliardaire russe Yuri Milner a annoncé la création de Breakthrough Starshot. Dans le cadre de son organisation scientifique à but non lucratif (connue sous le nom de Breakthrough Initiatives), le but de Starshot était de concevoir une nanocraft de voile légère qui serait capable d'atteindre le système stellaire le plus proche - Alpha Centauri (alias Rigel Kentaurus) - au cours de notre vie.
Depuis sa création, les scientifiques et les ingénieurs derrière le concept Starshot ont cherché à relever les défis auxquels une telle mission serait confrontée. De même, de nombreux membres de la communauté scientifique ont également suggéré comment un tel concept pourrait fonctionner. Le dernier vient de l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire, où deux chercheurs ont trouvé une nouvelle façon de ralentir l'engin une fois qu'il a atteint sa destination.
Pour récapituler, le concept Starshot implique une petite nanocraft à l'échelle gramme remorquée par une voile. En utilisant un réseau laser au sol, cette voile lumineuse serait accélérée à une vitesse d'environ 60 000 km / s (37 282 mps), soit 20% de la vitesse de la lumière. À cette vitesse, la nanocraft pourrait atteindre le système stellaire le plus proche du nôtre - Alpha Centauri, situé à 4,37 années-lumière - en seulement 20 ans.
Naturellement, cela présente un certain nombre de défis techniques, notamment la possibilité d'une collision avec la poussière interstellaire, la forme appropriée de la voile et les besoins énergétiques considérables pour alimenter le réseau laser. Mais tout aussi importante est l'idée de la façon dont un tel engin ralentirait une fois qu'il atteindrait sa destination. Sans laser à l'autre extrémité pour appliquer l'énergie de rupture, comment le vaisseau ralentirait-il suffisamment pour commencer à étudier le système?
C'est cette même question que René Heller et Michael Hippke ont choisi d'aborder dans leur étude, "La décélération des photons interstellaires à grande vitesse se déplace vers des orbites liées à Alpha Centauri". Heller est un astrophysicien qui assiste actuellement l'ESA dans ses préparatifs pour la prochaine mission PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) - un chasseur d'exoplanètes déployé dans le cadre de son programme Cosmic Vision.
Avec l'aide du spécialiste informatique Michael Hippke, les deux ont réfléchi à ce qui serait nécessaire pour que la mission interstellaire atteigne Alpha Centauri et fournisse de bons retours scientifiques à son arrivée. Cela nécessiterait que les manœuvres de freinage soient effectuées une fois arrivé afin que le vaisseau spatial ne dépasse pas le système en un clin d'œil. Comme ils le déclarent dans leur étude:
«Bien qu'une telle sonde interstellaire puisse atteindre Proxima 20 ans après son lancement, sans propulseur pour la ralentir, elle traverserait le système en quelques heures. Ici, nous montrons comment les pressions photoniques stellaires du triple Alpha Cen A, B et C stellaire (Proxima) peuvent être utilisées avec des aides à la gravité pour ralentir les voiles solaires entrantes de la Terre. »
Aux fins de leurs calculs, Heller et Hippke ont estimé que l'engin pèserait moins de 100 grammes (3,5 onces) et serait monté sur une voile de 100 000 m² (1 076 391 pieds carrés) de surface. Une fois ceux-ci terminés, Hippke les a adaptés en une série de simulations informatiques. Sur la base de leurs résultats, ils ont proposé un concept de mission entièrement nouveau qui supprime entièrement le besoin de lasers.
En substance, leur concept révisé prévoyait une embarcation autonome à voile active (AAS) qui assurerait sa propre propulsion et sa puissance de freinage. Cet engin déploierait sa voile dans le système solaire et utiliserait le vent solaire du Soleil pour l'accélérer à des vitesses élevées. Une fois atteint le système Alpha Centauri, il redéploierait sa voile afin que le rayonnement entrant des Alpha Centauri A et B ait pour effet de le ralentir.
Un avantage supplémentaire de cette manœuvre proposée est que l'engin, une fois décéléré au point de pouvoir explorer efficacement le système Alpha Centauri, pourrait alors utiliser une assistance gravitationnelle de ces étoiles pour se réorienter vers Proxima Centauri. Une fois sur place, il pourrait mener la première exploration de près de Proxima b - l'exoplanète la plus proche de la Terre - et déterminer à quoi ressemblent ses conditions atmosphériques et de surface.
Depuis que l'existence de cette planète a été annoncée pour la première fois par l'Observatoire européen austral en août 2016, il y a eu beaucoup de spéculations quant à savoir si elle pourrait être habitable ou non. Avoir une mission qui pourrait l'examiner pour vérifier les marqueurs révélateurs - une atmosphère viable, une magnétosphère et de l'eau liquide à la surface - réglerait sûrement ce débat.
Comme Heller l'a expliqué dans un communiqué de presse du Max Planck Institute, ce concept présente de nombreux avantages, mais s'accompagne de sa part de compromis - dont le moindre n'est pas le temps qu'il faudrait pour arriver à Alpha Centauri. "Notre nouveau concept de mission pourrait donner un rendement scientifique élevé, mais seuls les petits-enfants de nos petits-enfants le recevraient", a-t-il déclaré. «Starshot, quant à lui, fonctionne sur une échelle de temps de plusieurs décennies et pourrait être réalisé en une génération. Nous aurions donc pu identifier un concept de suivi à long terme pour Starshot. »
À l'heure actuelle, Heller et Hippke discutent de leur concept avec Breakthrough Starshot pour voir s'il serait viable. Le professeur Avi Loeb, le professeur de sciences Frank B. Baird Jr. à l’Université de Harvard et le président du conseil consultatif de la Breakthrough Foundation sont une personne qui a examiné leur travail. Comme il l'a dit à Space Magazine par e-mail, le concept proposé par Heller et Hippke mérite d'être pris en considération, mais a ses limites:
"S'il est possible de ralentir un vaisseau spatial par la lumière des étoiles (et l'assistance gravitationnelle), alors il est également possible de le lancer en premier lieu par les mêmes forces ... Si oui, pourquoi le projet Breakthrough Starshot récemment annoncé utilisant un laser et pas la lumière du soleil pour propulser notre vaisseau spatial? La réponse est que notre réseau laser envisagé peut pousser la voile avec un flux d'énergie qui est un million de fois plus grand que le flux solaire local.
«En utilisant la lumière des étoiles pour atteindre des vitesses relativistes, il faut utiliser une voile extrêmement mince. Dans le nouvel article, Heller et Hippke considèrent l'exemple d'un milligramme au lieu d'une voile à l'échelle du gramme. Pour une voile de dix mètres carrés (comme envisagé dans notre étude de concept Starshot), l'épaisseur de leur voile ne doit être que de quelques atomes. Une telle surface est de plusieurs ordres de grandeur plus mince que la longueur d'onde de la lumière qu'elle vise à réfléchir, et donc sa réflectivité serait faible. Il ne semble pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et la réflectivité du matériau de la voile.
«La principale contrainte dans la définition du concept Starshot était de visiter Alpha Centauri au cours de notre vie. Prolonger le temps de voyage au-delà de la durée de vie d'un être humain, comme le préconise ce document, le rendrait moins attrayant pour les personnes concernées. De plus, il ne faut pas oublier que la voile doit être accompagnée d'une électronique qui augmentera considérablement son poids. »
En bref, si le temps n'est pas un facteur, nous pouvons imaginer que nos premières tentatives pour atteindre un autre système solaire peuvent en effet impliquer un AAS propulsé et ralenti par le vent solaire. Mais si nous sommes prêts à attendre des siècles pour qu'une telle mission soit terminée, nous pourrions également envisager d'envoyer des roquettes avec des moteurs conventionnels (éventuellement même avec équipage) à Alpha Centauri.
Mais si nous avons l'intention d'y arriver au cours de notre propre vie, alors une voile à laser ou quelque chose de similaire sera le chemin à parcourir. L'humanité a passé plus d'un demi-siècle à explorer ce qui se trouve dans notre propre arrière-cour, et certains d'entre nous sont impatients de voir ce qui est à côté!
