Eloge de la lenteur en propulsion spatiale

Malgré les progrès technologiques actuels et futurs, nous ne voyagerons sans doute jamais au sein du système solaire comme nous voyageons aujourd’hui en avion. Nous ne mettons que quelques heures pour rejoindre l’autre bout de la planète mais les concepts de propulsion les plus futuristes ne permettront pas de rejoindre la planète la plus proche en moins d »un mois. Les trajets ressembleront donc aux voyages en bateau que connaissaient nos ancêtres du XVIe siècle. Un je-ne-sais-quoi d’ironique – et de poétique – dans cette redécouverte un peu forcée des rythmes de transport d’autrefois.

Le dernier « Mardi de l’espace » organisé à Paris par le CNES le 21 mai dernier avait pour thème les nouveaux moyens de propulsion des fusées et autres engins spatiaux. Les intervenants, Richard Heidmann, ancien ingénieur SNECMA et Elisa Cliquet Moreno, de la Direction des Lanceurs du CNES, ont passé en revue les différents moyens existants ou à l’étude pour faciliter nos déplacements dans l’espace.

Avec les technologies actuelles – fusées à propulsion chimique – le seul corps du système solaire que nous puissions rejoindre dans un délai raisonnable, avec la possibilité d’un demi-tour en cas de pépin et sans emporter des quantités déraisonnables de vivres est la Lune, à trois jours de vol de la Terre.

#CNESTweetup Pour Elisa Cliquet (CNES), aller sur Mars avec la techno actuelle nécessiterait 10 fusées Saturn V cnes.fr/web/CNES-fr/82… — Vincent Lieser (@vincentlieser) 21 mai 2013

S’arracher plus facilement à la pesanteur terrestre

Pour quitter la Terre, les alternatives performantes à la propulsion chimique, au taux de rendement frisant les 100 %, ne sont pas nombreuses. Les solutions à l’étude résident plutôt à l’intérieur de cette technologie, telles les fusées réutilisables, les avions spatiaux à réaction ou de nouvelles molécules rendant plus performante cette technologie.

#CNESTweetup l’avenir de la propulsion chimique ce sont les Nouvelles Molécules à haute densité énergétique. En 2 mots : le Graal:-) — Rowena B. (@BellageraRowena) 21 mai 2013

#CNESTweetup auj pour aller sur la station spatiale internationale on utilise des technologies qui ont 40 ans — Lucile Pommier (@LucilePommier) 21 mai 2013

La conférence a même abordé les concept les plus futuristes, tel l’ascenseur spatial.

#CNESTweetup c’est pour quand l’ascenseur spatial? Pour Richard Heidmann « jamais » pas le matériel adapté, dangerosité — MyScienceWork (@MyScienceWork) 21 mai 2013

Une fois en orbite, des voyages interplanétaires

Par contre, une fois libérés de la pesanteur terrestre, les idées fusent et, si elles ne permettent pas d’atteindre des vitesses folles, elles s’attachent au moins à optimiser les performances du moteur, avec plus ou moins de réalisme. La propulsion nucléaire est un peu le serpent de mer du voyage dans l’espace. Après l’avoir déjà testé pendant la guerre froide, la NASA a récemment relancé le développement d’un réacteur thermique nucléaire comme substitut à la propulsion chimique, deux fois moins performante, pour ses missions dans l’espace lointain.

#CNESTweetup Les essais de réacteurs nucléaires thermiques avaient été fait à 80km de Las Vegas ds les années 70… pas très rassurant — MyScienceWork (@MyScienceWork) 21 mai 2013

Ce type de moteur fait face à de nombreux obstacles techniques pour lesquels des solutions n’ont pas encore été trouvées. Un autre concept de moteur nucléaire – électrique cette fois-ci – suscite à la fois beaucoup d’espoir et de scepticisme : le moteur VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Pour les uns, le moteur conceptualisé par l’astronaute et physicien des plasmas Franklin Chang-Diaz dès les années 1970 pourrait réduire le voyage vers Mars de 6 mois à 39 jours. Pour les autres, le poids des réalités cloue VASIMR au sol et l’idée a plus de choses en commun avec Star Trek qu’avec la science. Selon Elisa Cliquet Moreno, VASIMR aurait besoin d’un vaisseau à la masse quasi nulle pour fonctionner.

Le projet d’aller sur Mars en 39 jours de Franklin Chang-Diaz était quelque peu fantaisiste #CNESTweetup ow.ly/lfSNj — Killian Martin (@KillianMartinT) 21 mai 2013

#CNESTweetup Elisa Cliquet : « Des réacteurs fantaisistes à 200 mégawatts ? » Autant aller vers la fusion — Vincent Lieser (@vincentlieser) 21 mai 2013

Mars en 39 jours ? un podcast d’Elisa Cliquet (2010) ow.ly/lfTdR #CNESTweetup — CNES (@CNES_France) 21 mai 2013

Encore plus prometteur mais aussi plus hypothétique : les engins propulsés à l’énergie de fusion. Alors que la faisabilité d’un réacteur à fusion n’est pas encore totalement établie, une équipe de chercheurs de l’université de Washington affirme travailler sur un système de propulsion à fusion nucléaire. Comme le signale Michel Alberganti du blog Globule et Téléscope, ils espèrent eux aussi réduire la durée du trajet vers Mars à « 30 ou 90 jours ». Cette équipe affirme que les vaisseaux fonctionnant à l’énergie de fusion ne sont « pas forcément pour dans 40 ans et ne coûteront pas 2 milliards de dollars ». Autant parier que la technologie de fusion sera maîtrisée plus tôt que prévu voire que ce système de propulsion à fusion puisse être associé à de l’antimatière.

Vue d’artiste du concept envisagé par les chercheurs de l’université de Washington. Image : université de Washington

#cnestweetup Elisa Cliquet : un moteur spatial à fusion ? Essais de la NASA dans 5-6 ans. Les Européens attendent de voir ce qu’ITER donne — Vincent Lieser (@vincentlieser) 21 mai 2013

On est encore loin du « Warp drive » à la Star Trek. Aucune de ces technologies ne permettant de réduire drastiquement le temps de trajet entre planètes, pourquoi ne pas miser sur autre chose que la vitesse ?

Moteurs ioniques, voiles solaires et trains gravitationnel ou la victoire de la tortue sur le lièvre

Plus proche de nous puisque déjà testé sur des sondes robotisées, la propulsion ionique et la voile solaire donnent la priorité à l’endurance et à l’économie d’énergie plutôt qu’à la vitesse, en utilisant le moins de carburant possible.

Avec la propulsion ionique, on peut multiplier les performances par 10 ou 20 #cnestweetup — Guilhem Boyer (@kalgan_) 21 mai 2013

#CNESTweetup la propulsion ionique c’est un peu la course du lièvre et de la tortue propulsion faible mais très longue — MyScienceWork (@MyScienceWork) 21 mai 2013

Les voiles solaires sont propulsées par les photons venus du soleil mais leur taille doit être très importante pour obtenir une poussée. Elles sont également dépendantes de l’intensité de la lumière provenant du Soleil et seront donc moins puissantes au-delà de l’orbite de Jupiter, par exemple. Mais, si l’on est pas pressé, il est possible d’aller très loin et je trouve que cette technologie a un côté noble et écologique qui pourrait la rendre populaire.

#CNESTweetupOn ne consomme pas de carburant, c’est un concept élégant ! #VoileSolaire — Nadège Joly (@NadegeJoly) 21 mai 2013

#CNESTweetup Une compet’, comme le Vendée Globe, allait récompenser le premier arrivé sur la Lune avec une voile solaire. — Nadège Joly (@NadegeJoly) 21 mai 2013

Ce concept de voile électrique sera testé à partir du satellite ESTCube-1 lancé début mai 2013 à l’aide d’une fusée européenne Vega depuis Kourou en Guyane.

Une troisième voie serait de s’inspirer des travaux de Buzz Aldrin. Ce spécialiste des rendez-vous orbitaux est à l’origine du concept de « Mars Cycler » (train gravitationnel). Dans les années 1980, le deuxième homme à avoir marché sur la Lune a proposée l’idée d’un moyen de transport faisant perpétuellement la navette entre la Terre et Mars, rendant possible l’acheminement en continu d’astronautes et de matériel d’une planète à l’autre.

Le Mars Cycler de Buzz Aldrin… en Lego

Loin de la force brute des fusées, ces technologies promettent de voyager lentement mais sûrement. Elles permettraient à des missions habitées de relier la Terre aux corps les plus proches du système solaire en économisant de la charge utile. C’est un peu comme si le mouvement slow food avait son pendant spatial, un genre de « slow space-faring » permettant d’apprécier un voyage interplanétaire à sa juste valeur. C’est ainsi que les grands navigateurs ont arpenté la planète pendant plusieurs centaines d’années. J’aime penser que d’autres grands navigateurs défricheront le système solaire au même rythme, en prenant la lenteur non comme une malédiction mais comme l’occasion de méditer sur la signification de leurs voyages.

– Pour en savoir plus sur les Mardis de l’espace

Comment nos descendants iront-ils vers Mars et au-delà ?, sur My Science Work

Propulsion spatiale au CNES : plus vite, plus haut, plus loin, sur My Science Work

Elisa CLiquet Moreno, une propulsion au sommet, sur le site du CNES

– Sur la propulsion ionique, lire « This Way to Mars: How Technologies Borrowed from Robotic Missions Could Deliver Astronauts to Deep Space« , sur Scientificamerican.com

Animation interactive sur la propulsion ionique, sur Scientificamerican.com

– Pourquoi, selon Buzz Aldrin, Mars devrait être la destination prioritaire de la NASA et pourquoi le voyage devrait être un aller simple

– « Making Progress on Star Trek Physics« , opération de crowdsourcing en matière de propulsion spatiale sur le site Kickstarter

– « Frontiers of Propulsion Science« , ouvrage de Marc Millis, ancien chef des projets de physique de propulsion avancée à la NASA

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