En 1976, le regretté Carl Sagan a participé au Tonight Show avec Johnny Carson pour parler d’une nouvelle forme de propulsion spatiale appelée voile solaire. Quatre décennies plus tard, la Planetary Society a officiellement mis en pratique cette “perspective extrêmement excitante”.
Après dix ans de travail acharné et 7 millions de dollars de crowdfunding, la LightSail 2 de la société à but non lucratif est devenue le premier petit vaisseau spatial à élever son orbite uniquement grâce à la puissance de la lumière solaire.
“Nous sommes ravis d’annoncer le succès de la mission de LightSail 2”, a déclaré Bruce Betts, responsable du programme LightSail et scientifique en chef de la Société.
“Notre critère était de démontrer la navigation solaire contrôlée dans un CubeSat en changeant l’orbite de l’engin spatial en utilisant uniquement la pression lumineuse du Soleil, ce qui n’a jamais été fait auparavant.”
L’engin spatial LightSail 2 est en orbite depuis plus d’un mois et, la semaine dernière, il a ouvert ses voiles pour la première fois. Au cours des huit jours qui ont suivi, l’engin a élevé son orbite de 1,7 kilomètre, poussé uniquement par les photons du Soleil, qui “rebondissent” sur ses voiles réfléchissantes.
Après la voile solaire japonaise IKAROS, lancée en 2010, LightSail 2 n’est que la deuxième tentative réussie de vol solaire. Cependant, contrairement à IKAROS, elle peut utiliser cette nouvelle forme de propulsion pour modifier son orbite.
Selon le chef de projet Dave Spencer, LightSail 2 est contrôlé de manière autonome par un algorithme embarqué. En faisant pivoter l’engin spatial de 90 degrés toutes les 50 minutes, ce logiciel peut modifier l’orientation de l’engin, de sorte qu’il reçoive suffisamment d’énergie du Soleil, où qu’il se trouve. IKAROS, en comparaison, ne pouvait tourner que de quatre ou cinq degrés.
Cet impressionnant algorithme est encore en cours de mise à jour et d’amélioration. L’un des plus grands défis à relever jusqu’à présent a été d’affiner l’élan du vaisseau spatial, qui est contrôlé par une roue tournante.
Cette roue est utilisée pour modifier l’orientation de l’engin afin d’activer et de désactiver la poussée de la voile solaire. Lorsque la roue commence à approcher de sa vitesse maximale, ce qu’elle fait plusieurs fois par jour, elle doit être ralentie.
Cela se fait actuellement à l’aide de barres de torsion électromagnétiques, qui orientent le vaisseau spatial en utilisant le champ magnétique terrestre. Malheureusement, le vaisseau est alors temporairement désorienté pour la navigation solaire. Les scientifiques tentent donc toujours de trouver un moyen de réduire au maximum ces points de saturation. Un correctif logiciel pour ce problème précis a été mis en ligne aujourd’hui.
“Nous apprenons beaucoup de LightSail 2 en ce moment”, a déclaré Bill Nye, le PDG de The Planetary Society, lors d’une récente conférence de presse.
“En d’autres termes, bien que nous ayons déclaré le succès de la mission, et que nous ayons fait cette chose que nous espérions faire depuis – selon la façon dont vous calculez – 42 ans, LightSail 2 volera pendant presque une année supplémentaire…. Nous allons apprendre beaucoup de choses sur le contrôle du vaisseau spatial et les performances des voiles au cours des prochains mois.”
(The Planetary Society)
Il est difficile de prédire exactement de combien l’engin spatial sera capable d’élever son orbite. Les simulations effectuées avant le lancement prévoyaient qu’à mesure que la propulsion solaire s’additionnerait, l’orbite de l’engin s’élèverait d’environ un demi-kilomètre par jour.
En fin de compte, ces prévisions n’étaient pas trop éloignées de la réalité ; en fait, l’engin spatial s’est élevé d’environ 900 mètres (2 950 pieds) l’autre jour.
Mais tout comme il y a une limite inférieure à l’orbite du vaisseau spatial, il y a aussi une limite supérieure.
“La densité atmosphérique à ces altitudes est vraiment mal modélisée et très variable, et nous ne savons donc pas vraiment à quel moment la traînée atmosphérique va venir à bout de notre capacité à continuer à élever l’orbite”, a expliqué Spencer lors du point de presse.
“Nous continuerons donc à le faire aussi longtemps que nous le pourrons”
Les applications de cette technologie sont illimitées, et les scientifiques ont proposé de l’utiliser dans la recherche de vie extraterrestre, la surveillance de la météo sur le Soleil et comme système d’alerte pour les astéroïdes entrants.
Ils rêvent même que, si l’on trouve un matériau qui tolère la chaleur et les radiations élevées, un vaisseau spatial à voile solaire puisse se faufiler très près du Soleil, recevant une énorme poussée qui lui permettrait finalement de voyager beaucoup plus loin et à des vitesses beaucoup plus élevées.
“Cette technologie nous permet d’emmener des choses vers des destinations extraordinaires dans le système solaire et peut-être même au-delà, d’une manière qui n’était jamais possible auparavant”, a déclaré Nye lors du briefing, “parce que vous n’avez pas besoin de carburant, vous n’avez pas besoin de tous les systèmes pour contrôler le carburant, gérer le carburant et acheter du carburant.”
La mission Near-Earth Asteroid Scout de la NASA, dont le lancement est prévu à la mi-2020, est probablement la première application de cette nouvelle technologie. Cette mission audacieuse prévoit d’utiliser une voile solaire et un CubeSat 6U, ou engin spatial miniaturisé, pour recueillir des données sur les astéroïdes proches qui présentent un potentiel pour de futures missions humaines.
“Certains des tout premiers concepts de missions à voile solaire comportaient de grands vaisseaux spatiaux et d’énormes voiles”, a expliqué Spencer lors du briefing.
“Mais ce qui est vraiment intéressant, c’est qu’au cours des dix dernières années environ, c’est la révolution des CubeSat, où la technologie est devenue si petite qu’elle a permis à la voile solaire de vraiment prendre le devant de la scène et d’être développée comme source de propulsion dans l’espace pour ces minuscules engins spatiaux.”