Nouvelle étape scientifique : des vols spatiaux propulsés par la lumière testés avec succès

Des ingénieurs de l'Université de Pennsylvanie, du California Institute of Technology et de l'Université de Californie à Los Angeles ont testé en pratique un concept de voyage interstellaire basé sur les lasers de la physique théorique. Selon les résultats de l'étude publiés dans Nature Communications, les chercheurs ont créé un prototype de voile solaire en nanolamines doté d'une haute réflectivité et d'une dissipation thermique efficace. Cette avancée a résolu avec succès les problèmes contradictoires entre masse minimale, efficacité optique et haute stabilité thermique. C'est ce que rapporte Ixbt.com rapporte .

Avec les fusées chimiques modernes actuelles, il faudrait entre 75 000 et 165 000 ans pour atteindre Alpha Centauri, le système stellaire le plus proche de la Terre. Cependant, l'initiative Breakthrough Starshot propose une approche entièrement différente : laisser la source d'énergie sur Terre et propulser une microsonde pesant environ 1 gramme à l'aide d'un réseau de lasers d'une puissance de 100 gigawatts. Ce flux de photons peut propulser l'appareil à un cinquième de la vitesse de la lumière (environ 60 000 kilomètres par seconde) en seulement 7 minutes, réduisant ainsi le temps de vol à 20 ans.

La solution aux contraintes physiques complexes

Selon Ixbt.com, aucun matériau n'était auparavant capable de supporter la puissance d'un laser de niveau gigawatt. Un film très fin, même en absorbant une petite partie du rayonnement laser, fondait instantanément ou se déchirait sous une forte pression. Pour contourner cette limite physique, les ingénieurs ont développé une structure à trois couches où chaque couche remplit une fonction spécifique. La base de la voile est constituée de disulfure de molybdène (MoS2), qui réfléchit bien les rayons infrarouges, et elle est placée entre deux couches d'oxyde d'aluminium (Al2O3).

La nouvelle conception protège non seulement la couche interne, mais prévient également la surchauffe en évacuant l'excès de chaleur dans l'espace comme un radiateur. En outre, pour assurer la résistance mécanique, les chercheurs ont appliqué la méthode du gaufrage hexagonal. Des motifs microscopiques en forme de cocon ont augmenté à plusieurs reprises la résistance à la flexion du matériau sans en alourdir le poids et ont empêché la propagation potentielle de micro-fissures.

Résultats pratiques et perspectives

Les résultats des tests en laboratoire montrent que le poids des prototypes créés est inférieur à 1 gramme par mètre carré, ce qui signifie qu'ils sont environ 100 fois plus légers que du papier ordinaire. Cette voile solaire réfléchit plus de 50 % du rayonnement laser incident, en absorbe moins de 4 % et convertit efficacement la lumière en énergie cinétique. Actuellement, ce prototype est le seul matériau en termes de dimensions capable d'atteindre des objectifs à ultra-haute vitesse.

À l'avenir, les spécialistes prévoient de travailler sur l'amélioration de la thermostabilité, l'extension du volume de production et la résolution des problèmes de stabilité mécanique. En particulier, il est prévu de convertir l'oxyde d'aluminium amorphe en saphir cristallin, d'améliorer la dissipation thermique par des microstructures de surface et d'utiliser des méthodes de nanolithographie au rouleau. Cela permettra à l'avenir non seulement de réaliser des recherches interstellaires, but also to launch probes reaching Jupiter in just 4 days.