Tout comme les brises marines propulsent les voiliers à travers la mer sur Terre, le rayonnement solaire pourrait un jour être capable de propulser des engins spatiaux entre les étoiles. C’est du moins l’espoir de la startup française Gama.
La société aérospatiale a été fondée en 2020 par Louis de Gouyon Matignon, Thibaud Elzière et Andrew Nutter, dont l’objectif est de développer une voile solaire à bas coût qui utiliserait la lumière comme moyen de propulsion pour les engins spatiaux. Gama a collecté 2 millions de dollars de financement auprès de la Banque publique d’investissement (BPI), de l’Agence spatiale française (CNES) et d’investisseurs providentiels pour démontrer sa technologie dans l’espace en octobre. Cette mission verra un CubeSat lancé sur une fusée SpaceX Falcon 9, après quoi une voile solaire de 789 pieds carrés se déploiera à une altitude de 342 milles.
« Nous pouvons tester beaucoup de choses sur Terre, mais les tests de déploiement à ces dimensions ne peuvent être effectués que dans l’apesanteur de l’espace », a déclaré Nutter à TechCrunch. (Les dimensions suggèrent que la voile devrait mesurer environ 10 mètres de large.)
Les voiles solaires ne sont pas exactement une nouvelle invention. Ils ont été théorisés pour la première fois par l’astronome Johannes Kepler, qui y a réfléchi dans une lettre à son collègue astronome Galileo Galilei en 1608. Mais le premier déploiement réussi d’une voile solaire n’a eu lieu qu’en 2010 : le « yacht spatial » IKAROS, une mission de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA). Cette même année, la NASA a lancé NanoSail-D, et en 2019, le groupe de défense de l’espace Planetary Society a lancé LightSail 2.
Maintenant, plusieurs organisations en dehors de Gama développent de nouvelles missions de voile solaire. Le système de voile solaire composite avancé (ACS3) de la NASA demandera à NanoAvionics, basé dans l’Illinois, de concevoir un vaisseau spatial avec une voile solaire de 800 pieds carrés. La mission Breakthrough Starshot de Breakthrough Initiatives, qui a reçu un financement de 100 millions de dollars, prévoit d’envoyer une flotte de centaines de minuscules engins spatiaux à voile solaire vers le système stellaire Alpha Centauri, situé à 4,7 années-lumière.
Gama diffère de deux manières des missions précédentes et actuelles. « Tout d’abord, l’équipe de Gama s’efforce d’itérer et de se déplacer extrêmement rapidement, lançant la première de nombreuses voiles solaires en un temps record », déclare Nutter. « Deuxièmement, nous déployons la voile en faisant doucement tourner le satellite et en utilisant la force centrifuge résultante pour déployer les pétales de notre voile. Cela nous permet d’économiser sur le poids structurel et de déployer des surfaces beaucoup plus grandes en temps voulu.
Bien avant son premier lancement, la société conçoit déjà sa deuxième mission – une qui se déploiera à une altitude plus élevée et «démontrera que nous pouvons diriger la voile et fournir une alternative fiable et peu coûteuse aux technologies de propulsion traditionnelles», selon Nutter.
Les voiles solaires fonctionnent presque de la même manière que les voiles traditionnelles, sauf qu’elles utilisent des photons pour la propulsion plutôt que les molécules d’air qui composent le vent. Bien que les photons n’aient pas de masse, leur élan lorsqu’ils voyagent dans l’espace peut être transféré à une surface réfléchissante – une voile solaire en Mylar ou en polyamide – qui peut propulser un vaisseau spatial. La force est légère, mais dans le vide de l’espace, elle peut s’additionner rapidement. Il est possible qu’une voile solaire puisse propulser un vaisseau spatial à 20% de la vitesse de la lumière, même si cela prendrait un certain temps.
Cela permettrait au vaisseau spatial d’éliminer (ou du moins de réduire) la quantité de propulseur qu’il doit transporter, libérant ainsi de la masse à bord pour d’autres utilisations. L’utilisation de voiles solaires pourrait également prolonger la durée de mission d’un vaisseau spatial, puisque le véhicule pourrait théoriquement être propulsé indéfiniment. Ce serait crucial pour les missions de longue durée dans l’espace lointain, ce qui explique pourquoi il y a un tel intérêt à développer davantage la technologie.