Une voile solaire se prépare à capter le vent solaire dans le vide de l’espace
La NASA se prépare à lancer un engin spatial à voile solaire dans le courant du mois. Utilisant un nouveau mât fait de composites polymères légers, le système de voile solaire composite avancé (ACS3 pour Advanced Composite Solar Sail System) devrait décoller le 24 avril.
GIF d’entête : représentation du système de voile solaire composite ACS3 se déployant dans l’espace. (NASA)
Les voiles solaires font partie de ces technologies dont le principe de base a un charme. Nous parlons souvent de tel ou tel concept en termes de métaphores ou d’analogies, mais les voiles solaires n’ont pas besoin de cela. En effet, elles ne sont pas seulement semblables aux voiliers terrestres, elles fonctionnent exactement sur le même principe.
Les différences sont évidentes. Les voiliers se déplacent sur l’eau et sont poussés par le vent. Les voiles solaires se déplacent dans le vide, poussées par les vents solaires du Soleil, un flux de plasma composé principalement de protons et d’électrons qui sont constamment émis par le Soleil à des vitesses et des densités différentes. Dans la pratique, il est possible de l’exploiter exactement de la même manière que nos vents atmosphériques, comme un voilier, une voile solaire peut naviguer devant le vent solaire, virer de bord, s’incliner et effectuer à peu près n’importe quelle autre manœuvre.
Représentation artistique de la sonde Advanced Composite Solar Sail System de la NASA en orbite, alors que le Soleil dépasse l’horizon de la Terre. (NASA/ Aero Animation/ Ben Schweighart)
L’une des grandes différences est que les voiles solaires n’ont pas une grande capacité d’accélération, car la pression du vent solaire sur une petite surface est à peu près équivalente au poids d’une feuille de papier à lettres. Cependant, une voile solaire n’a pas besoin de carburant et peut accélérer indéfiniment. Le plus difficile est de fabriquer un vaisseau spatial suffisamment léger avec une voile suffisamment grande pour être utilisable.
La voile elle-même n’est pas si complexe. Depuis les années 1960, les films plastiques en mylar ont fait leurs preuves. Le véritable problème réside dans les bômes utilisées pour maintenir les voiles en position.
Cette représentation artistique montre l’engin spatial Advanced Composite Solar Sail System naviguant dans l’espace en utilisant l’énergie du Soleil. (NASA/ Aero Animation/ Ben Schweighart)
Selon Keats Wilkie, chercheur principal pour la mission Advanced Composite Solar Sail System au centre de recherche Langley (États-Unis) :
Les bômes ont tendance à être soit lourdes et métalliques, soit composées de matériaux légers et encombrants, ce qui ne convient pas aux petits engins spatiaux d’aujourd’hui. Les voiles solaires ont besoin de bômes très grandes, stables et légères qui peuvent se replier de manière compacte. Les bômes de cette voile sont en forme de tube et peuvent être écrasées et roulées comme un ruban à mesurer dans un petit emballage tout en offrant tous les avantages des matériaux composites, comme la réduction de la flexion et du fléchissement lors des changements de température.
La nouvelle perche en polymère souple et en composite de carbone est couplée à un CubeSat de douze unités (12U) construit par NanoAvionics.
Un ingénieur inspecte le Cubesat de l’Advanced Composite Solar Sail System. (NASA/ Brandon Torres)
Après le lancement de la mission à bord d’une fusée Electron de Rocket Lab depuis le complexe de lancement 1 de la société à Māhia, en Nouvelle-Zélande, l’engin spatial se placera sur une orbite héliosynchrone à une altitude d’environ 1 000 km et la voile se déploiera en 25 minutes environ pour couvrir une zone de 80 m², la flèche se déployant de la taille d’une main à 7 m de long. Une fois déployée, la voile ajustera l’orbite du véhicule en s’orientant par rapport au vent solaire.
Si la mission de démonstration s’avère concluante, elle pourrait ouvrir la voie à des conceptions plus ambitieuses, notamment des voiles d’une surface allant jusqu’à 2 000 m², soit la moitié d’un terrain de football.
Selon Rudy Aquilina, chef de projet de la mission de voile solaire au centre de recherche NASA Ames :
Cette technologie stimule l’imagination, en réinterprétant l’idée même de la voile et en l’appliquant aux voyages spatiaux. La démonstration des capacités des voiles solaires et des flèches composites légères est la prochaine étape dans l’utilisation de cette technologie pour inspirer de futures missions.
Annoncée sur le site de la NASA : NASA Next-Generation Solar Sail Boom Technology Ready for Launch.