Incroyable : des "voiles solaires" pourraient atteindre la planète Mars en seulement 26 jours !

Une nouvelle étude, publiée dans la revue Acta Astronautica, explore la possibilité d'utiliser des "voiles solaires" en aérographe pour se rendre sur Mars et dans l'espace interstellaire, ce qui permettrait de réduire considérablement le temps et le carburant nécessaires à de telles missions.

Cette étude intervient alors que de nombreuses organisations mènent actuellement des recherches sur l'utilisation des voiles solaires, à l'instar de la mission LightSail2 de la Planetary Society, qui a été couronnée de succès.

"La propulsion par voile solaire offre la possibilité d'acheminer rapidement de petites charges utiles (inférieures au kilogramme) dans tout le système solaire", explique René Heller, astrophysicien à l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire et coauteur de l'étude.

"Comparé à la propulsion chimique conventionnelle, qui peut amener des centaines de tonnes de charge utile en orbite terrestre basse et livrer une grande partie de cette charge à la Lune, à Mars et au-delà, cela semble ridiculement petit. Mais la principale valeur de la technologie des voiles solaires est la vitesse".

Voiles solaires : qu'est-ce que c'est ?

Contrairement aux fusées conventionnelles, qui dépendent d'un carburant sous forme de produits chimiques brûlants pour exercer une force externe à l'arrière du vaisseau spatial, les voiles solaires n'ont pas besoin de carburant. En effet, les voiles géantes captent les photons solaires de la même manière que les voiliers captent le vent lorsqu'ils se déplacent sur l'eau.

Pour cette étude, les chercheurs ont effectué des simulations sur la vitesse à laquelle une voile solaire en aérographe d'une masse allant jusqu'à 1 kilogramme, dont 720 grammes d'aérographe d'une section de 104 mètres carrés, pourrait atteindre Mars et le milieu interstellaire, également appelé héliopause, en utilisant deux trajectoires à partir de la Terre, appelées respectivement méthode de transfert direct vers l'extérieur et méthode de transfert vers l'intérieur.

La méthode de transfert direct vers l'extérieur, tant pour le voyage vers Mars que pour l'héliopause, consistait à placer la voile solaire et à la faire partir directement d'une orbite polaire autour de la Terre.

Les résultats des simulations

Les chercheurs ont donc déterminé que le fait que Mars soit en opposition (directement en face de la Terre par rapport au Soleil) au moment du lancement de la voile solaire et du départ de la Terre produirait les meilleurs résultats, tant en termes de vitesse que de durée du voyage.

Cette même orbite polaire de lancement et de départ a également été utilisée pour la trajectoire de l'héliopause. Pour la méthode de transfert vers l'intérieur, la voile solaire serait acheminée à environ 0,6 unité astronomique (UA) du Soleil par des fusées chimiques traditionnelles, où la voile solaire serait lancée et commencerait son voyage vers Mars ou l'héliopause. Mais comment une voile solaire aérographe peut-elle rendre ce voyage plus réalisable ?

"Avec sa faible densité de 0,18 kg par mètre cube, l'aérographe est inférieur à tous les matériaux conventionnels utilisés pour les voiles solaires", explique Julius Karlapp, assistant de recherche à l'Université de technologie de Dresde et auteur principal de l'étude.

Grâce à ces simulations, les chercheurs ont constaté que la méthode de transfert direct vers l'extérieur et la méthode de transfert vers l'intérieur permettaient à la voile solaire d'atteindre Mars en 26 jours et 126 jours respectivement, les 103 premiers jours correspondant à la durée du voyage entre la Terre et le point de lancement à 0,6 UA.

La durée actuelle du voyage vers Mars varie entre 7 et 9 mois, ce qui ne se produit que lors de fenêtres de lancement spécifiques tous les deux ans, en fonction de la position des deux planètes au moment du lancement et à l'arrivée de tout vaisseau spatial se rendant sur Mars ou en revenant.

Voyage vers l'héliopause

Pour le trajet jusqu'à l'héliopause, les deux méthodes ont donné respectivement 5,3 ans et 4,2 ans, les 103 premiers jours de la méthode de transfert vers l'intérieur étant également consacrés à la durée du trajet entre la Terre et le point de déploiement à 0,6 UA.

La raison pour laquelle l'héliopause est atteinte plus rapidement avec la méthode de transfert vers l'intérieur est que la voile solaire atteint sa vitesse maximale en 300 jours, alors qu'il faut environ 2 ans pour atteindre la vitesse maximale avec la méthode de transfert vers l'extérieur.

Les sondes Voyager 1 et Voyager 2 de la NASA, qui ont atteint l'héliopause à environ 35 et 41 ans respectivement, permettent d'estimer la durée actuelle du voyage vers l'héliopause.

Les chercheurs notent que l'un des principaux problèmes liés à l'utilisation des voiles solaires est la décélération, ou le ralentissement, lors de l'arrivée à destination, notamment sur Mars, et bien qu'ils mentionnent l'aérocapture comme solution, ils admettent que celle-ci doit encore être étudiée.

Bien que la technologie des voiles solaires ait été proposée par la NASA dès les années 1970, un exemple récent de cette technologie est le Solar Cruiser de la NASA, dont le lancement est actuellement prévu pour février 2025.