Voilier solaire

Le voilier solaire de Dooku (baptisé « Punworcca ») est un vaisseau spatial capable d’augmenter sa vitesse de façon significative lorsqu’il est dans l’espace. Pour cela il déploie sa voile solaire.

Cette idée existe aussi dans les programmes spatiaux du monde entier.
Voici donc un petit aperçu de ce qui se passe sur notre planète, ou plutôt dans notre espace !

Cosmos1

La premier voilier solaire lancé dans l’espace fut celui de Cosmos1. Étonnement, ce n’est pas une agence nationale mais une association qui a créé Cosmos1. Son nom : The Planetary Society, elle est financée par des dons.
Cosmos1, c’est un voilier solaire avec 8 miroirs triangulaires d’une surface totale de 600 m².
Ce sont ces miroirs composé de Mylar (film plastique réfléchissant et très fin) qui font tout le travail. En effet, la voile solaire utilise la pression qu’exercent les photons sur la surface réfléchissante. Les photons sont des particules de lumière ; lorsqu’ils frappent les miroirs, ils transmettent leur mouvement. C’est donc la lumière qui « gonfle » les voiles et propulse la sonde en avant (ci-contre vue d’artiste).
Selon The Planetary Society, l’avantage de ce système, c’est qu’il est permanent. Ainsi, un voilier solaire pourrait atteindre des vitesses de 5 à 10 fois plus grandes que toute fusée chimique.
Construit en Russie, adapté sur un missile intercontinental, Cosmos1 a été lancé le 21 juin 2005 à partir d’un sous-marin russe. Cette collaboration avec les russes permettait à ces derniers de travailler sur un type de lancement « low-cost » et d’en apprendre plus sur les voiles solaires.
Malheureusement, dès le premier vol d’essai (en 2001), Cosmos1 a été perdu. Le lancement de 2005 n’a pas été meilleur. Perdu une nouvelle fois (soit en mer, soit en orbite basse), la sonde a également eu un problème pour se détacher d’un étage de la fusée.

On a longtemps cru que The Planetary Society en resterait là. Mais c’était sans compter sur la ténacité de ses membres… et de leurs donateurs ! Un don anonyme d’un million de dollars a relancé la recherche et engendré un nouveau programme, baptisé « LightSail« .

LightSail

Ce projet sera composé de trois engins différents dont le but reste le même : démontrer la viabilité d’une propulsion solaire.
L’association est convaincue que, grâce aux nouvelles technologies, LightSail 1 sera moins gros, moins cher et de meilleur rendement (ci-dessous la voile en question et deux schémas de LightSail 1).
Petit descriptif technique de LightSail 1:
• 10 panneaux solaires
• 2 caméras (de 2 Megapixels)
• 4 capteurs solaires
• 6 accéléromètres
• 1 volant à inertie
• 3 gyroscopes
• 3 couple de tiges
• Une batterie
Le tout pour seulement 4,5 kg (Cosmos1 faisait dans les 100 kg !). La taille de la voile est également beaucoup plus petite : 32 m². Il faudra tout d’abord atteindre 820 km de hauteur pour pouvoir utiliser la voile solaire.
3 objectifs pour le projet LightSail :
• surveiller le soleil pendant les tempêtes solaires
• fournir des plates-formes stabilisées d’observation de la terre
• explorer notre système solaire sans transporter d’ergol.
En plus de la lumière du soleil, le nouveau programme compte utiliser des lasers pour propulser l’engin. On nous souligne au passage qu’il n’y a pas besoin de carburant (comme l’ergol) contrairement aux lanceurs classiques. Les sondes qui atterrissent peuvent également avoir des problèmes de stabilité de carburant, ce qui entraîne une complexité superflue par rapport à un voilier solaire (ci-contre, vue d’artiste)
« Nous allons fusionner la technologie ultralégère des nanosatellites avec la technologie ultralarge des voiles solaires dans un nouveau programme audacieux. Une voie vers les étoiles  » déclare Louis Friedman, Directeur exécutif de The Planetary Society.
Le but global est donc de faire un bond en avant pour la conquête spatiale.
Lancement prévu en 2012… à suivre.

Ikaros

Ikaros pour Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun, un clin d’œil au fameux Icare de la mythologie.
Ce projet de la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) nous emmène vers Vénus.
Le 20 mai 2010, Ikaros a été lancé en même temps que la sonde Akatsuki.

Après avoir été largué dans l’espace, la voile d’Ikaros de 200 m² s’est déployée sans problème le 10 juin 2010. Le voilier s’est donc mis en mouvement à la mi-juillet 2010. Au cours des 6 mois suivants, Ikaros a pu prouver qu’il pouvait s’orienter facilement dans l’espace, même si cela lui demande du temps (rendez-vous en bas de page dans la partie vidéo d’Ikaros que je vous recommande vivement). Il a survolé Vénus et pris des clichés à son point le plus proche (80 000 km). En décembre 2010, toutes les expériences programmées étaient réussies.

Ce qu’il faut retenir d’Ikaros : c’est le vrai premier succès d’un voilier solaire, pourtant on l’attribue souvent à tort à NanoSail-D2. La concurrence se joue en effet à quelques mois d’écart. Mais surtout : Ikaros est un succès total, du premier coup !

Signalons tout de même que l’agence spatiale japonaise a reçu un appui de quelques techniciens (au moins comme consultants) qui avaient travaillé sur Cosmos1. Il ne faut donc pas chercher de rivalités entre les 2 programmes. L’association The Planetary Society a félicité cette réussite.
Un grand pas en avant pour le programme spatial japonais et pour le développement général de nouvelles techniques.
La JAXA envisage même de faire un nouveau voilier solaire à destination de Jupiter et d’un astéroïde troyen.

NanoSail-D

Et la NASA dans tout cela ? NanoSail-D est également un petit voilier solaire développée par la NASA. Il fut lancée le 3 août 2008 par un lanceur Falcon 1 avec plusieurs autres projets (un satellite de l’armée, un micro-laboratoire nommé PreSat et également les cendres de l’astronaute Gordon Cooper et de l’acteur James Doohan). L’ensemble fut perdu après l’échec d’une séparation d’étage. Les restes sont retombés dans l’océan pacifique. Soulignons au passage que le lancement était sous-traité par Space-X dont le fondateur n’est autre qu’Elon Musk (devenu milliardaire en fondant et revendant PayPal). Son objectif est de développer des lanceurs low-cost ce qui permettrait d’accroître la présence civil dans les programmes spatiaux. C’était le troisième échec du lanceur Falcon 1. La conquête spatiale a son lot de défaites, même pour un milliardaire… J’en profite pour préciser que le 22/05/12, le lancement réussi de leur dernier modèle de fusée (Falcon 9), transportait la capsule Dragon avec 520 kg de ravitaillement vers la Station Spatiale Internationale (ISS). La persévérance de Space-X fait qu’ils sont les premiers civils à réussir le lancement d’un matériel pour ISS. La NASA ne compte pas s’arrêter là et encourage Boeing à développer un avion capable d’atteindre ISS.
La seconde tentative, NanoSail-D(numéro 2) a été lancé avec le satellite FatSat grâce à une fusée Minotaur IV le 19 novembre 2010. Space-X n’était donc pas au programme.
Le micro-satellite est composé de 3 « cubes-sat » (cube-sat = nano-satellite) d’où le nom de « NanoSail ».
Après un lancement sans problèmes, NanoSail-D2 n’a pas pu s’éjecter. La porte de FatSat est restée ouverte sans que rien ne se produise.
Le 19 janvier (soit 44 jours après la première tentative) la manœuvre d’éjection s’est enclenchée par miracle sans qu’on puisse déterminer pourquoi.
La voile solaire de 10 m² s’est ensuite correctement déployée et a été maintenue en orbite basse autour de la Terre. Le « micro-voilier » de 4 kg, a vogué pendant 243 jours et le 17 septembre 2011 il était arrivé au terme de sa mission. La NASA a pu désorbiter NanoSail-D2 grâce à la voile solaire. En rentrant dans l’atmosphère, NanoSail-D2 s’est désintégré comme prévu (à droite, NanoSail-D2 pris en photo pendant sa période orbitale : il s’agit du trait blanc et fin qui renvoie la lumière du soleil).
En faisant cela, la NASA a atteint son objectif de prouver que l’on peut désorbiter les satellites en fin de vie à l’aide de voiles solaires.
Le but est donc de réduire la pollution orbitale ; en effet, cette terrible pollution pourrait engendrer des collisions avec les satellites en fonctionnement. Beaucoup de pays commence à s’en inquiéter (voir les illustrations ci-dessous) :

Pollution en orbite basse	Pollution en orbite géosynchrone

Selon la NASA : «95% des points signalés sont des débris orbitaux c’est-à-dire des satellites non fonctionnels.» Les points que vous voyez ne sont pas à échelle de la Terre, mais sont là pour signaler la pollution. On comprend mieux l’intérêt de désorbiter toute forme de menace qui aurait des conséquences techniques et économiques en plus d’être une pollution de notre espace proche.

Astéroïde en approche…

Des voiles solaires pour des « vaisseaux » donc, mais pas seulement.
En effet, la Chine travaille sur un projet un peu différent : dévier un astéroïde de sa trajectoire.
Ce géocroiseur nommé « Apophis » pourrait être une menace pour la Terre.
Quelques caractéristiques d’Apophis :
– découvert le 19 juin 2004 par Roy Tucker
– Probabilité d’impact sur l’échelle de Turin : récemment rétrogradé de 1 à 0 (le risque de collision est de 1 sur 223 000)
– Masse : 46 millions de tonnes (soit 9 fois la pyramide de Khéops)
– Vitesse : 18 000 km/h
– Taille : 270 mètres
– Date de collision prévue : 2036
– Impact : puissance potentielle de 510 Mt (une mégatonne correspond à l’explosion d’un million de tonnes de TNT. Pour exemple, Hiroshima ne représentait que 15 kt, soit 15 000 tonnes de TNT). A titre de comparaison, l’astéroïde ayant frappé la Terre il y a 65 millions d’années faisait 10-15 km de large (1milliard de fois plus puissant à l’impact qu’Hiroshima).
Donc malgré sa petite taille, ce caillou pourrait quand même faire mal. Pour cela, il lui faudra d’abord passer (en 2029) dans une zone très étroite baptisée « trou de serrure ». Une zone de 600 mètres de large entre la Terre et la Lune qui le conduirait à un impact avec la Terre en 2036. Un risque infime pour certain, suffisant pour d’autres. C’est pourquoi la Chine a décidé de le dévier, pour que jamais plus il ne menace de percuter la Terre. Leur objectif est de placer un petit vaisseau sur une orbite rétrograde qui conduira à un impact avec Apophis. La vitesse du vaisseau à voile solaire rencontrant l’astéroïde en contre-sens donnerait une vitesse d’impact de 90 km/s. D’après les connaissances actuelles, l’impact pourrait être suffisant pour écarter le caillou du fameux couloir de 600 mètres de large.
Il reste deux inconnues : la composition d’Apophis et sa structure. Sans en savoir plus, il est difficile d’estimer la déviation engendrée par l’impact.
Le but est autant de détourner l’astéroïde d’une trajectoire peu probable que d’analyser les résultats de l’expérience, au cas où une vraie menace se ferait sentir. C’est pourquoi l’ESA (Agence Spatiale Européenne) a prévu de lancer une mission du même genre, mais sans voile solaire : la mission Don Quijote. Une éventuelle collaboration ESA-Chine a été évoquée.
En tout cas, pour le moment, la NASA ne voit pas l’intérêt de ce genre de missions… Il faut avouer qu’après NanoSail-D2, l’intérêt ne se porterait que sur l’astéroïde. Et les multiples coupes budgétaires des USA ne jouent pas en leur faveur. Ce que la NASA ne peut pas faire (faute de moyens) n’a pas d’ « intérêt » par définition et elle le snobe : un mécanisme de défense (ou de jalousie ?) clairement perçu par la Chine. Il y a bien une concurrence, mais encore faut-il que la Chine aille au bout de son projet. A suivre…

Vous l’aurez compris, l’enjeu de la voile solaire réside dans la possibilité de voyages interstellaires. Son faible coût pourrait ouvrir plus rapidement les portes de la conquête spatiale. De plus, ajoutée à d’autres moyens de propulsion, la voile solaire pourrait devenir un outil utile et fréquent dans quelques décennies. Actuellement, le développement de ce type de procédé sert à convaincre les programmes spatiaux de la viabilité du système. Ainsi les voiliers solaires feront parti de l’avenir, et, peut-être, de la conquête de Mars.

Sources et infos :

Sites officiels :

The Planetary Society : Cosmos1 et LightSail 1
Space-X
U3P (Union pour la Promotion de la Propulsion Photonique) : un site français très complet
NASA (NanoSail-D)
NASA Orbital Debris Program Office
Near Earth Object Program (petit recensement des menaces d’astéroïdes)
ESA : Don Quijote

Videos :

LightSail 1 présenté par Louis Friedman
Animations et explications du projet Ikaros dans cette vidéo du site de l’U3P

Films concernés :