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 conduire 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.

Les voiles solaires fonctionnent en utilisant la lumière du soleil pour propulser les véhicules dans l’espace, de la même manière que le vent pousse les voiliers le long de l’eau. Au lieu d’utiliser des voiles réfléchissantes comme celle 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.

Shortcomings of the conventional reflective design include sails that are big and thin. They’re also limited by the direction of sunlight, which serves to constrain either power or navigation, as you can’t have both. Diffractive lightsails, by comparison, employ tiny grates on the sail material to diffract light in all directions. As NASA says, this will allow spacecraft to “make more efficient use of sunlight without sacrificing maneuverability.” The design being proposed by Dubill could result in smaller and nimbler sails. And as a fun side effect, the sails would be rainbow-patterned, similar to how CDs look when held to light.

Under NIAC phase 1 and 2, the team designed, created, and tested various diffractive sail materials. The team also ran tests and developed navigation and control schemes specific to a future solar mission. Indeed, diffractive sails could enable a constellation of satellites in orbit around the Sun’s polar regions. Zipping over the Sun’s north and south poles, the solar satellites, with a perpetual source of propulsion, would perform unprecedented scientific observations.

“Diffractive solar sailing is a modern take on the decades old vision of lightsails,” Dubill explained in the NASA statement. “While this technology can improve a multitude of mission architectures, it is poised to highly impact the heliophysics community’s need for unique solar observation capabilities.”

Now in phase 3, Dubill and her team will attempt to improve the solar sail material and run ground experiments to further test the feasibility of the concept. Should all go according to plan, the concept could result in an actual space-based mission and the proposed solar satellites.

“With our team’s combined expertise in optics, aerospace, traditional solar sailing, and metamaterials, we hope to allow scientists to see the Sun as never before,” said Dubill.

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