La NASA va de l’avant avec le concept de voile solaire sauvage

Vue d'artiste de la voile lumineuse diffractive.  Les motifs en forme d'arc-en-ciel seraient similaires à la façon dont les CD présentent des motifs similaires lorsqu'ils sont tenus sous une lumière.

Vue d’artiste de la voile lumineuse diffractive. Les motifs en forme d’arc-en-ciel seraient similaires à la façon dont les CD présentent des motifs similaires lorsqu’ils sont tenus sous une lumière.
illustration: MacKenzi Martin

Un projet de développement de voiles solaires diffractives est passé à la troisième et dernière phase du programme de concepts avancés de la NASA. L’équipe derrière le projet a maintenant deux ans pour développer davantage ce moyen non conventionnel de propulsion spatiale.

En plus de la prolongation de deux ans, le projet de voiles lumineuses diffractivesdirigé par Amber Dubill du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, a reçu 2 millions de dollars supplémentaires, NASA annoncé aujourd’hui. Le financement de la phase 3 a été accordé par l’intermédiaire de l’agence spatiale Concepts avancés innovants (CANIA). Avec le temps et l’argent supplémentaires, Dubill et ses collègues vont maintenant travailler à une mission de démonstration.

“Alors que nous nous aventurons plus loin dans le cosmos que jamais auparavant, nous aurons besoin de technologies innovantes et de pointe pour mener nos missions”, a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson, dans le communiqué. “Le programme Innovative Advanced Concepts de la NASA aide à débloquer des idées visionnaires – comme de nouvelles voiles solaires – et à les rapprocher de la réalité.”

Le projet de voiles solaires diffractives est passé au statut de phase 2 du NIAC en 2019. Grover Swartzlander, ingénieur du Rochester Institute of Technology, a dirigé les deux premières phases du projet NIAC et continuera désormais en tant que co-investigateur.

«Je suis plus que ravi de rejoindre le groupe de personnes imaginatives et créatives qui composent les boursiers du NIAC. J’ai en fait participé à différents CANI depuis 2017 à divers titres, mais pouvoir en diriger un est un honneur dont je n’aurais pu que rêver », m’a écrit Dubill dans un e-mail. “J’ai été encadré par mon [co-investigators] pendant des années et cela signifie beaucoup qu’ils m’aient fait confiance pour prendre la tête de celui-ci et continuer à développer cette recherche dans une institution qui encourage ce type d’innovation.

Solar sails work by using sunlight to propel vehicles through space, similar to how wind pushes sailboats along the water. Instead of using reflective sails like the one développé par la Planetary Society, le système proposé utiliserait des voiles diffractives. Un attribut souhaitable de la diffraction est qu’elle provoque la diffusion de la lumière lorsqu’elle traverse une petite ouverture. Voici comment Swartzlander décrit le concept en 2019 :

Nous entrons dans une nouvelle ère de voyages spatiaux qui utilise la pression du rayonnement solaire sur de grandes et fines membranes de voile. L’idée conventionnelle des 100 dernières années a été d’utiliser une voile réfléchissante telle qu’un revêtement métallique sur un polymère mince et de la dérouler dans l’espace, mais vous pouvez également obtenir une force basée sur la loi de diffraction. Par rapport à une voile réfléchissante, nous pensons qu’une voile diffractive pourrait être plus efficace et pourrait mieux résister à la chaleur du soleil. Ces voiles sont transparentes donc elles n’absorberont pas beaucoup de chaleur du soleil, et nous n’aurons pas le problème de gestion de la chaleur comme vous le faites avec une surface métallique.

Les défauts de la conception réfléchissante conventionnelle incluent des voiles grandes et fines. Ils sont également limités par la direction de la lumière du soleil, qui sert à limiter la puissance ou la navigation, car vous ne pouvez pas avoir les deux. Les voiles lumineuses diffractives, en comparaison, utilisent de minuscules grilles sur le matériau de la voile pour diffracter la lumière dans toutes les directions. Comme le dit la NASA, cela permettra aux engins spatiaux de “faire un usage plus efficace de la lumière du soleil sans sacrifier la maniabilité”. La conception proposée par Dubill pourrait se traduire par des voiles plus petites et plus agiles. Et comme effet secondaire amusant, les voiles auraient un motif arc-en-ciel, semblable à l’apparence des CD lorsqu’ils sont tenus à la lumière.

Dans le cadre des phases 1 et 2 du NIAC, l’équipe a conçu, créé et testé divers matériaux de voile diffractifs. L’équipe a également effectué des tests et développé des schémas de navigation et de contrôle spécifiques à une future mission solaire. En effet, les voiles diffractives pourraient permettre une constellation de satellites en orbite autour des régions polaires du Soleil. Glissant au-dessus des pôles nord et sud du Soleil, les satellites solaires, avec une source de propulsion perpétuelle, effectueraient des observations scientifiques sans précédent.

“La voile solaire diffractive est une version moderne de la vision vieille de plusieurs décennies des voiles lumineuses”, a expliqué Dubill dans le communiqué de la NASA. “Bien que cette technologie puisse améliorer une multitude d’architectures de mission, elle est sur le point d’avoir un impact considérable sur les besoins de la communauté héliophysique en capacités d’observation solaire uniques.”

Dubill décrit deux grands objectifs pour les deux prochaines années : développer la voile diffractive elle-même et se développant la mission de la constellation de l’orbiteur polaire solaire avec voilier diffractif.

“Nous prévoyons de concevoir, d’optimiser et de fabriquer des échantillons de matériaux de voile diffractifs que nous voulons caractériser avec des tests optiques et soumis à des tests environnementaux spatiaux”, m’a dit Dubill. “En parallèle, nous prévoyons de faire évoluer la vision d’une mission de voilier à orbite polaire solaire en établissant des trajectoires optimales et un contrôle d’attitude de la voile pour réaliser les observations solaires d’une suite de charges utiles dictées par nos héliophysiciens.”

ouiSi tout se passait comme prévu, le concept pourrait aboutir à une véritable mission spatiale et aux satellites solaires proposés.

“En élargissant la conception de la voile diffractive et en développant le concept global de la voile, l’objectif est de jeter les bases d’une future mission de démonstration utilisant la technologie diffractive de la voile lumineuse.”

Ce message a été mis à jour pour inclure les commentaires par courrier électronique d’Amber Dubill.

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