Voguer vers les étoiles à une vitesse proche de celle de la lumière

L’actualité vous inciterait bien à embarquer sur une croisière dans l’espace interstellaire ? Avant de le faire, lisez cet article qu’André Füzfa, Williams Dhelonga s.j. et Olivier Welcomme viennent de publier dans la prestigieuse revue Physical Review Research. Cet article en accès gratuit vous apprendra les bases pour piloter votre voilier solaire et comment fendre l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière.

L’idée des voiles solaires à propulsion dirigée n’est pas neuve.  C’est le scientifique Robert L. Forward qui parle pour la première fois en 1962 de vaisseaux propulsés par tirs laser dans son article de vulgarisation « Pluto – The Gateway to the Stars ».  Ce concept visionnaire a été exploité au fil du temps dans plusieurs programmes de recherche dont certains sont toujours en cours. Depuis 2009, le programme Starlight (NASA-Université de Santa Barbara) étudie l’utilisation à grande échelle de l’énergie dirigée pour propulser des vaisseaux spatiaux, alimenter en énergie des stations spatiales distantes, détruire des débris spatiaux (ou d’autres satellites gênants) ou encore dévier des astéroïdes qui menaceraient notre planète.   En 2016, le programme Breakthrough Starshot (initié par Yuri Milner, Stephen Hawking et Marc Zuckerberg) a pour objectif d’envoyer des milliers de nanosondes spatiales d'environ 1 gramme vers Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche de notre système solaire.

Des outils mathématiques de haute précision

André Füzfa, Williams Dhelonga s.j. et Olivier Welcomme, des mathématiciens à l’Institut des Systèmes Complexes de l’UNamur viennent de publier dans la revue prestigieuse Physical Review Research un article présentant un modèle complet de photovoiles accélérées jusqu’à la vitesse de la lumière par propulsion à énergie dirigée, ainsi que des applications pour l’exploration interplanétaire et interstellaire, en particulier le programme Starshot. L’article donne des outils pour s’attaquer à plusieurs problèmes comme la précision du pointage au lancement, la résistance de la voile aux accélérations et aux échauffements extrêmes produits par le laser propulseur, le décalage temporel à bord et la durée du trajet.  Les résultats de l’article s’appliquent également à la déviation – ou à la vaporisation - des débris spatiaux par tir laser. Le coût énergétique énorme est également pointé du doigt : l’énergie à fournir pour une seule nanosonde en partance pour Alpha Centauri équivaut à celui dégagé par la bombe atomique d’Hiroshima…

L’article est écrit de manière pédagogique et permet à tout curieux du voyage interstellaire d’y trouver une introduction scientifique rigoureuse et gratuite sur le sujet de ses rêves.  D’ailleurs, un des experts ayant cautionné l’article commente : « …Je ne suis pas un ‘’expert en la matière’’ - combien de physiciens sont-ils experts en voiles solaires ? -  mais j’ai lu l’article avec grand plaisir.  Il est extrêmement bien écrit (je ne me rappelle pas quand était la dernière fois où j’ai lu un article aussi bien écrit !),  le sujet est très intéressant, les résultats sont fondamentaux et solides et peut-être applicables un jour.  Personnellement, je pense que ces résultats seront mis en pratique bien avant ceux d’autres sujets de recherche publiés habituellement. » Traduction de l’anglais par les auteurs, voir texte complet ci-dessous (1).

Cette publication complète les travaux précédents du Pr. Füzfa, des modèles de futurs GPS interstellaires, qui mettaient l’accent sur les difficultés de l’astronavigation d’un voilier-laser.  Ce nouvel article contient des projections détaillées pour des projets comme les sondes Starshot ou les voyages habités ultra-rapides dans notre Système Solaire, en utilisant des voiles solaires à double étage.

Grâce à toutes ces découvertes, le rêve de s’envoler vers les étoiles flirte un peu plus avec la réalité.

Une conférence virtuelle sur la recherche spatiale le 26 novembre

Le voyage spatial et la recherche spatiale seront par ailleurs mis à l’honneur à l’UNamur, à l’occasion de la Nuit européenne des Cherheur.e.s. Née d’une initiative de la Commission Européenne, La Nuit européenne des Chercheur.e.s est un événement public à l’échelle européenne visant à rapprocher les chercheur.e.s du grand public, à mettre en valeur la diversité de la science et son impact sur la vie quotidienne des citoyen.ne.s, et stimuler l’intérêt pour les carrières de recherche, en particulier chez les jeunes. A l’UNamur, l’évènement emmènera le visiteur dans les étoiles.  Au programme ? Une visite virtuelle de l’Observatoire Astronomique Antoine Thomas de l’UNamur, du contenu ludique et pédagogique pour les jeunes et les moins jeunes, des capsules vidéos pour découvrir le métier de chercheur, etc. Mais aussi : une conférence en ligne « Tête dans les étoiles et les pieds sur Terre : quels sont les (dés)avantages de la recherche spatiale? ». Elle se déroulera le jeudi 26 novembre à 19h30, et le Pr. Füzfa y interviendra.

En savoir plus…

• L’article en accès gratuit : Sailing towards the stars close to the speed of light 
  

• L'article sur Twitter 
  

• What is Breakthrough Starshot? (Vidéo)
  

• Le programme Starlight
• La Nuit européenne des Chercheurs à l'UNamur, du 23 au 26 novembre 2020
  

Conseils de lecture de science-fiction

• The Flight of the Dragonfly – Robert L. Forward
• Le Papillon des étoiles – Bernard Werber

(1) Reviewer’s comment: « The manuscript "Sailing towards the stars close to the speed of light", by Andre Fuzfa, Williams Dhelonga-Biarufu and Olivier Welcomme present a detailed analysis of light-sails, namely spacecraft that are propelled by absorbing, emitting or reflecting light, from a star or from a faraway laser source. Even though I am not "an expert in the field», (how many physicists are experts in light sails?), I read the manuscript with great pleasure. It is extremely well written (I don't remember when was the last time I read such a well written manuscript!), the subject is very interesting, and although at the moment it is relevant mainly to science fiction -- the results are fundamental, solid, and maybe will be applicable one day... (Personally, I believe that the results will be of practical relevance much before other subject of research that are commonly published, like quantum heat engines and others). By analyzing the general problem of relativistic motion light sails, developing the relativistic version of Tsiolkovsky equation, providing an exact result for the well-studied rectilinear case and analyzing the effects of reflectivity and the Poynting-Robertson drag, they provide an important contribution to the field, and moreover - the example they study together with the "realistic numbers" in the introduction and conclusion make the manuscript a key paper for anyone interested in the theoretical or practical of light-sailing. I therefore enthusiastically recommend on publishing this manuscript in Physical Review Research. »

 

Contact : André Füzfa - andre.fuzfa@unamur.be