Comment créer une ville dans l’espace avec un astéroïde
Une équipe de scientifiques ont trouvé un moyen pratique de transformer des astéroïdes en habitats spatiaux, en les faisant tourner sur eux-mêmes et en créant des anneaux urbains géants de la taille de Manhattan.
Image d’entête : représentation artistique du concept de ville à l’intérieur d’un astéroïde. (Université de Rochester/ Michael Osadciw)
L’équipe de scientifiques de l’université de Rochester s’est donc penchée sur une étude « très théorique »… est-ce que c’est possible. Le défi que les chercheurs se sont lancé est de créer un habitat spatial de la taille d’une ville dans lequel des personnes pourraient vivre en permanence, sans avoir à recourir au lancement de matériaux dans l’espace depuis la Terre.
Les chercheurs ont décidé de considérer les astéroïdes comme de gros tas de matériaux et selon Adam Frank, coauteur et professeur de physique et d’astronomie :
Toutes ces montagnes volantes qui tourbillonnent autour du soleil pourraient constituer une voie plus rapide, plus économique et plus efficace vers les villes spatiales. Le problème, c’est qu’elles sont loin d’être assez grandes pour fournir une quantité utile de gravité. L’équipe a donc opté pour un minimum de 0,3 g, soit environ un tiers de moins que ce que l’on obtiendrait en vivant sur Mars.
Pour créer une certaine gravité, on pourrait creuser dans un astéroïde de taille décente et le faire tourner comme une station en anneau, en utilisant la force centrifuge pour créer ce 0,3g. Ensuite, vous pourriez construire votre ville entièrement à l’intérieur de l’astéroïde en rotation. Bien sûr, il fera sombre à l’intérieur, mais la roche protégerait les habitants des dangereuses radiations spatiales. Cela pourrait être possible si l’astéroïde était fait de roche solide avec une grande résistance à la traction. Mais la plupart des astéroïdes ne sont pas des roches solides, du moins, pas la plupart de ceux qui se trouvent dans notre système solaire.
L’équipe a étudié la composition de nos « montagnes volantes » locales et a découvert que la plupart d’entre elles sont plus ou moins des tas de gravats géants, des collections de roches de toutes tailles maintenues par leur propre gravité. Creusez l’une de ces choses et faites-la tourner, et le « sol » que vous essayez de créer à l’intérieur de l’astéroïde sera simplement projeté dans l’espace et disparaîtrait.
Alors comment construire une ville accueillante pour les humains sur un tas de débris spatiaux ? En les plaçant dans un gigantesque sac, ont-ils décidé. Un sac de forme cylindrique, un peu plus grand que l’astéroïde lui-même, fabriqué à partir d’une maille de nanofibres de carbone flexible, ultra-légère et ultra-résistante.
A partir de l’étude : Un habitat cylindrique, tournant, qui a été recouvert de panneaux solaires. À l’intérieur se trouve une épaisse couche de débris d’astéroïdes et de régolithe qui sert de bouclier contre les radiations. Juste sous les panneaux solaires se trouve un conteneur solide et rigide qui empêche les débris de se disloquer. L’habitat tourne autour de son axe longitudinal pour générer une gravité sur la surface intérieure. (Peter Miklavcic et col./ Frontiers in Astronomy and Space Sciences)
Selon l’auteur principal de l’étude et candidat au doctorat, Peter Miklavčič :
Ce sac serait extrêmement léger par rapport à la masse des débris de l’astéroïde et de l’habitat, mais suffisamment solide pour tout maintenir ensemble. Mieux encore, les nanotubes de carbone sont développés aujourd’hui, et l’on s’intéresse beaucoup à la mise à l’échelle de leur production pour les utiliser dans des applications à plus grande échelle.
L’équipe a décidé de modéliser le processus à partir d’un astéroïde de petite taille, comme Bennu, d’un rayon de 300 m. Ce dernier serait enveloppé dans un sac en nanofibres dont le rayon de départ est adapté à l’astéroïde lui-même, mais conçu pour s’étendre en accordéon jusqu’à un rayon d’environ 3 km grâce à des joints de dilatation absorbant l’énergie intégrés à sa structure.
Comparaison de la taille de l’astéroïde Bennu. (NASA)
Ensuite, il serait temps de commencer à faire tourner l’astéroïde et à le tourner à l’envers. L’équipe a décidé que cela était possible grâce à des canons à gravats alimentés par l’énergie solaire, fixés à la surface extérieure du filet de confinement, qui saisiraient des morceaux de gravats de l’astéroïde à l’aide de bandes transporteuses ou de vis d’Archimède, et les projetteraient dans l’espace de manière tangentielle, créant ainsi un moment de torsion sur le gros de l’astéroïde.
Cette image montre l’astéroïde Bennu éjectant des particules de roche de sa surface le 19 janvier 2019. Elle a été créée en combinant deux images prises par la sonde spatiale OSIRIS-REx de la NASA. (NASA/ Goddard/ Université de l’Arizona)
En fonction de la quantité d’énergie solaire disponible, du nombre de canons à gravats dont vous disposez et de la taille des morceaux de gravats que vous lancez, l’équipe a créé une formule permettant de déterminer le temps nécessaire pour faire tourner l’engin à la vitesse nécessaire pour obtenir une gravité artificielle utile. Dans le cas de l’exemple de la taille de Bennu, l’équipe a constaté qu’il serait pratiquement possible de l’amener à cette vitesse en quelques mois.
A partir de l’étude : Lorsque l’astéroïde tourne de plus en plus vite, sa masse friable est projetée vers l’extérieur pour remplir et étendre le sac de nanofibres. (Peter Miklavcic et col./ Frontiers in Astronomy and Space Sciences)
À ce stade, l’astéroïde tournerait suffisamment vite pour que sa surface exerce une pression sur le sac de nanofibres sous l’effet de la force centrifuge, et les ingénieurs pourraient commencer à relâcher le sac pour lui permettre de s’étendre vers l’extérieur de manière contrôlée, les couches de gravats poussant contre tout autour du sac. Une fois qu’il a atteint son rayon complet de 3 km, le sac se tend et voilà : un anneau qui tourne assez vite pour créer une gravité utile, avec une couche de sol rocheux d’environ deux mètres de profondeur, suffisante pour servir de bouclier efficace contre les radiations spatiales.
Selon Adam Frank :
D’après nos calculs, un astéroïde de 300 mètres de diamètre et de quelques terrains de football pourrait être transformé en un habitat spatial cylindrique d’environ 56,9 km² de surface habitable. C’est à peu près la taille de Manhattan.
Selon l’équipe, la « contrainte de cerceau » imposée au filet de nanofibres de carbone serait « bien en deçà de celle de nombreux matériaux de construction existants », même si l’on partait d’un astéroïde de 500 mètres de rayon et que l’on faisait tourner le tout assez vite pour obtenir une gravité artificielle équivalente à celle de la Terre (1 g).
L’équipe a donc conclu que la transformation d’astéroïdes en sacs à mailles de nanofibres semble être un moyen réalisable de jeter les bases d’une ville spatiale, et un moyen bien moins coûteux et plus simple, semble-t-il, que si vous essayiez de lancer tous vos matériaux depuis la Terre. Il faudrait tout de même lancer les équipements nécessaires pour peupler cet anneau rocheux et stérile de bâtiments, de systèmes de survie, de pubs spatiaux et de barrières pour empêcher les gens de s’envoler dans l’obscurité noire après s’être perdus en rentrant du pub spatial.
Toujours selon Adam Frank :
Il est évident que personne ne construira de cités d’astéroïdes dans un avenir proche, mais les technologies requises pour réaliser ce type d’ingénierie ne violent aucune loi de la physique. L’idée de villes astéroïdes peut sembler trop lointaine jusqu’à ce que vous réalisiez qu’en 1900, personne n’avait jamais pris l’avion, et pourtant, en ce moment même, des milliers de personnes sont confortablement assises dans des fauteuils alors qu’ils filent à des centaines de kilomètres à l’heure, à des kilomètres au-dessus du sol. Les villes spatiales peuvent sembler fantaisistes aujourd’hui, mais l’histoire montre qu’un siècle environ de progrès technologique peut rendre possible des choses impossibles.
L’étude publiée dans la revue Frontiers in Astronomy and Space Sciences : Habitat Bennu: Design Concepts for Spinning Habitats Constructed From Rubble Pile Near-Earth Asteroids et présentée sur le site de l’Université de Rochester : Rochester scientists use physics and engineering principles to show how asteroids could be future viable space habitats.