À l'Université de Californie à Santa Barbara, des chercheurs de l'UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) travaillent actuellement sur les moyens de réaliser le rêve du vol interstellaire. Sous la direction du professeur Philip Lubin, le groupe a consacré des efforts considérables à la création d'une mission interstellaire composée d'une voile légère à énergie dirigée et d'un «wafercraft» de vaisseaux spatiaux à échelle wafer.
Si tout se passe bien, ce vaisseau spatial pourra atteindre des vitesses relativistes (une partie de la vitesse de la lumière) et se rendre au système stellaire le plus proche (Proxima Centauri) au cours de notre vie. Récemment, l'ECG a franchi une étape importante en testant avec succès une version prototype de leur wafercraft (alias «StarChip»). Cela consistait à envoyer le prototype par ballon dans la stratosphère pour tester sa fonctionnalité et ses performances.
Le lancement a été effectué en collaboration avec l'Académie navale des États-Unis à Annapolis le 12 avril 2019. Cette date a été choisie pour coïncider avec le 58e anniversaire du vol spatial orbital du cosmonaute russe Youri Gagarine, faisant de lui le premier humain à se rendre dans l'espace. . Le test a consisté à lancer le prototype à bord d'un ballon à une altitude de 32 000 m (105 000 ft) au-dessus de la Pennsylvanie.
Comme le professeur Lubin l’a expliqué dans une interview avec l’UCSB Le courant:
«Cela fait partie d'un processus de construction pour l'avenir, et en cours de route, vous testez chaque partie du système pour l'affiner. Cela fait partie d'un programme à long terme visant à développer des engins spatiaux miniatures pour le vol interplanétaire et, éventuellement, pour le vol interstellaire. »
L'idée derrière le StarChip est simple. En tirant parti des progrès de la miniaturisation, tous les éléments nécessaires d'une mission exploratoire pourraient être montés sur un vaisseau spatial de la taille d'une main humaine. Le composant voile s'appuie sur le concept d'une voile solaire et des développements réalisés avec des matériaux légers; et ensemble, ils s'ajoutent à un vaisseau spatial qui pourrait être accéléré jusqu'à 20% de la vitesse de la lumière.
Pour le plaisir de ce vol, l'équipe scientifique qui l'a créé a soumis le StarChip à une série de tests conçus pour évaluer ses performances dans l'espace et sa capacité à explorer d'autres mondes. En plus de voir comment il se comportait dans la stratosphère terrestre (trois fois plus élevée que le plafond opérationnel des avions), le prototype a collecté plus de 4000 images de la Terre. Comme l'explique Nic Rupert, ingénieur en développement dans le laboratoire de Lubin:
«Il a été conçu pour avoir de nombreuses fonctions de vaisseaux spatiaux beaucoup plus grands, telles que l'imagerie, la transmission de données, y compris les communications laser, la détermination d'attitude et la détection de champ magnétique. En raison des progrès rapides de la microélectronique, nous pouvons réduire un vaisseau spatial dans un format beaucoup plus petit que ce qui avait été fait auparavant pour des applications spécialisées telles que la nôtre. »
Alors que le StarChip a parfaitement fonctionné sur ce vol, il y a des obstacles techniques massifs à venir. Compte tenu des distances impliquées - 4,24 années-lumière (40 billions de km; 25 billions de mi) - et du fait que le vaisseau spatial devra atteindre une fraction de la vitesse de la lumière, les exigences technologiques sont intimidantes. Comme l'a dit Lubin:
«La propulsion chimique ordinaire, telle que celle qui nous a amenés sur la lune il y a près de 50 ans jour pour jour, mettrait près de cent mille ans pour arriver au système stellaire le plus proche, Alpha Centauri. Et même une propulsion avancée telle que les moteurs ioniques prendrait plusieurs milliers d'années. Il n'y a qu'une seule technologie connue qui est capable d'atteindre les étoiles proches au cours d'une vie humaine et qui utilise la lumière elle-même comme système de propulsion. »
L'un des plus grands défis à ce stade est de construire un réseau laser basé sur la Terre qui serait capable d'accélérer la voile laser. «Si vous avez un réseau laser suffisamment grand, vous pouvez réellement pousser les plaquettes avec une voile laser pour atteindre notre objectif de 20% de la vitesse de la lumière», a ajouté Rupert. "Alors tu serais chez Alpha Centauri dans environ 20 ans."
Depuis 2009, le groupe de cosmologie expérimentale UCSB étudie et développe ce concept dans le cadre d'un programme de concepts avancés de la NASA appelé Starlight. Depuis 2016, ils ont reçu un soutien considérable de Breakthrough Initiatives (le programme d'exploration spatiale à but non lucratif créé par Yuri Milner) dans le cadre de Breakthrough Starshot.
Plutôt que de créer un seul vaisseau spatial, l'équipe espère que leurs recherches mèneront à la création de centaines, voire de milliers de vaisseaux à l'échelle de la tranche qui pourraient visiter des exoplanètes dans les systèmes stellaires à proximité. Ces engins spatiaux élimineraient le besoin de propulseur et pourraient faire le voyage en quelques décennies plutôt qu'en siècles ou en millénaires.
À cet égard, ces vaisseaux spatiaux pourraient révéler si la vie existe ou non au-delà de la Terre au cours de notre vie. Un autre aspect intéressant du projet UCSB consiste à envoyer la vie de la Terre à d'autres exoplanètes. Plus précisément, les tardigrades et le nématode c.
Cet aspect de leur plan n’est pas sans rappeler la proposition du Dr Claudius Gros de l’Institut de physique théorique de l’Université de Goethe. Nommée à juste titre «Project Genesis», la proposition prévoit que les engins spatiaux propulsés par l'énergie dirigée se rendent dans d'autres systèmes stellaires et ensemencent toutes les exoplanètes «transitoirement habitables» qui s'y trouvent. En bref, la vie recevrait un coup de pouce sur des planètes habitables mais non habitées.
Comme David McCarthy, un étudiant diplômé du Département de génie électrique et informatique de l'UCSB, l'a expliqué, arriver au point où tout est possible est un processus très itératif. "Le point de construire ces choses est de savoir ce que nous voulons inclure dans la prochaine version, dans la prochaine puce", a-t-il déclaré. «Vous commencez avec des composants standard, car vous pouvez répéter rapidement et à peu de frais.»
Ce test à haute altitude terminé, le groupe UCSB vise un premier vol suborbitaire l'année prochaine. Parallèlement, les progrès de l'optique au silicium et de la photonique intégrée à l'échelle de la tranche - grâce en partie aux recherches menées par le département d'ingénierie électrique et informatique de l'UCSB - réduisent le coût de production en série de ces minuscules engins spatiaux.
En plus des voyages interstellaires, cette technologie pourrait faciliter des missions rapides et peu coûteuses vers Mars et d'autres endroits du système solaire. Le professeur Lubin et ses collègues chercheurs ont également passé des années à explorer les applications de la défense planétaire contre les comètes, à atténuer les débris spatiaux, à stimuler les satellites en orbite autour de la Terre ou à alimenter à distance des avant-postes éloignés du système solaire. En ce qui concerne l'énergie dirigée, les possibilités sont vraiment stupéfiantes.
