Une vue d'artiste de la voile photonique propulsée par des faisceaux laser du projet Breakthrough Starshot. Elle emporte une sonde miniaturisée équipée d'un générateur électrique minuscule contenant un radio-isotope et qui alimentera une source laser tout aussi minuscule. La voile recevant la poussée laser en provenance de la Terre servira donc aussi d'antenne pour réémettre en direction de notre planète les images et les données que la sonde aura collectées lors de son bref passage, une heure seulement !, dans le système stellaire d'Alpha du Centaure. Le projet prévoit un grand nombre de sondes car, à une elle vitesse, les chocs avec les grains de poussières interplanétaires et interstellaires pourraient être fatals. © Breakthrough Starshot

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Hawking et Milner veulent expédier une sonde vers les étoiles

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Le 12 avril 1961, Youri Gagarine atteignait l'espace. Pour célébrer ce 55e anniversaire, le milliardaire russe Youri Milner annonce, avec le soutien de Stephen Hawking, un voyage interstellaire : c'est le projet Breakthrough Starshot, une nanovoile photonique propulsée par des faisceaux laser à destination des étoiles les plus proches du Soleil, dans le système d'Alpha du Centaure.

Depuis environ 24 heures, les médias commençaient à relayer une étonnante information. Le milliardaire d'origine russe Yuri Milner allait faire une déclaration imminente en compagnie de Stephen Hawking. Les deux hommes devaient lancer officiellement un mystérieux projet nommé Starshot. Il ne fallait pas être grand clerc pour deviner de quoi il s'agissait. En effet, l'année dernière, Milner, déjà soutenu par Stephen Hawking ainsi que Kip Thorne, le conseiller scientifique du film Interstellar, et Ann Druyan, la veuve de Carl Sagan, avait lancé le projet Breakthrough Initiative.

L'idée était de financer à hauteur de 100 millions de dollars sur dix ans le fameux programme Seti, à l'écoute des signaux radio venus d'éventuelles civilisations extraterrestres. Or, pour tous les passionnés de l'exploration spatiale, le terme Starshot ne peut manquer de faire écho à Moonshot, surnom, en son temps, du programme lunaire Apollo. Milner et Hawking allaient donc sans doute annoncer un projet de sonde ou de vaisseau interstellaire. Milner faisant partie de ses techno-entrepreneurs qui, tel Larry Page ou Elon Musk, ont une formation scientifique poussée, et qui sont inspirés par les idéaux de la science et les rêves de la science-fiction, il n'était pas difficile de deviner qu'il allait certainement baser son projet sur une technologie à portée de main pour une sonde interstellaire : la propulsion photonique.

Bingo ! Lors d'une conférence retransmise en direct sur le Web ce mardi 12 avril 2016, Milner, en compagnie d'Hawking et d'un aréopage prestigieux, annonçait qu'il allait financer à hauteur de 100 millions de dollars (88 millions d'euros) le projet Breakthrough Starshot. L'objectif est ambitieux : rejoindre le système d'Alpha du Centaure en 20 ans à l'aide d'une voile photonique tractant une sonde minuscule, quelques grammes tout au plus, propulsée par des rayons laser envoyés depuis la Terre. Le principe est donc l'analogue de celui, déjà expérimenté, de la voile solaire, propulsée par les rayons du Soleil (voir la vidéo au bas de cette page).

Une vidéo de présentation du projet Starshot. Des antennes émettant des ondes laser dont la puissance égale celle d'un décollage d'une navette spatiale, forment un réseau de taille kilométrique. Concentrant leurs faisceaux, elles émettent une impulsion par jour à destination d'une ou plusieurs voiles photoniques de quelques mètres d'envergure. La pression de radiation accélérera la voile, capable de lui faire atteindre assez rapidement une vitesse de l'ordre de 20 % de celle de la lumière si la sonde et la voile pèsent moins de 10 grammes. Un essaim de telles sondes partirait d'ici 20 ans en direction d'Alpha du Centaure. Leur nombre permettrait de s'assurer que l'une d'elles arrive à bon port malgré des chocs possibles avec des grains de poussière. © Euronews, YouTube

La technologie de cette sonde est déjà disponible, ou presque

Comme on peut le constater sur le site du projet, l'idée d'accélérer une voile photonique propulsée par rayons laser jusqu'à une fraction significative de la vitesse de la lumière trotte dans la tête des ingénieurs et des physiciens depuis des dizaines d'années. Les membres du projet Breakthrough Starshot ont visiblement aussi beaucoup réfléchi aux caractéristiques du projet. Celui-ci semble d'ailleurs dans la droite ligne des prédictions d'un Ray Kurzweil ou d'un Peter Diamandis, à savoir que les progrès exponentiels de la technologie vont rendre possibles en quelques décennies des réalisations considérées jusqu'ici comme infaisables avant un ou plusieurs siècles.

Le projet Starshot n'utilise que des technologies déjà existantes ou qui, vraisemblablement, seront disponibles d'ici une vingtaine d'années. Il ne s'agit pas de construire une sonde comparable à New Horizons par la taille (pourtant modeste) mais de tabler sur la miniaturisation des circuits électroniques et micromécaniques pour réaliser une sonde grande comme un timbre poste et d'une masse de l'ordre du gramme. Une voilure elle aussi très légère (pensons à l'aérogel) de quelques mètres carrés et dont l'épaisseur serait de quelques centaines d'atomes suffirait alors pour propulser cette sonde miniature à 20 % de la vitesse de la lumière en direction d'Alpha du Centaure qui, avec Proxima du Centaure, est à environ 4 années-lumière du Soleil.

Vue d'artiste du système planétaire hypothétique le plus proche du nôtre tel que le verra peut-être la sonde du projet Starshot. À droite, une exoplanète tourne en 3,2 jours autour de son étoile, Alpha du Centaure B (Alpha Centauri B en latin) à seulement 6 millions de kilomètres, ce qui en fait assurément un monde invivable. Au loin, le compagnon de l'étoile, Alpha Centauri A, très semblable au Soleil, avec un type spectral G2. De type K1, Alpha Centauri B est juste un peu moins lumineuse que notre étoile. Plus loin, on reconnaît notre Soleil (Sun). © Eso

Des images de la surface d'une exoterre en 2061 ?

Il existe probablement des exoplanètes dans le système d'étoiles d'Alpha du Centaure. En tablant sur une durée de 20 ans pour construire la sonde et les sources laser, 20 années pour le voyage et 4 ans pour recevoir les images prises par la sonde alors qu'elle traversera ce système à la vitesse de presque 60.000 km/s, nous pourrions recevoir en 2061 des photographies de ces exoplanètes de la qualité de celles de Pluton. La date serait symbolique car ce serait le centenaire du premier Homme dans l'espace, Youri Gagarine. La réussite du projet implique cependant que l'on détecte bien ces exoplanètes afin de faire passer la sonde à environ une unité astronomique de celle qui nous intéresserait. Elle nous montrerait alors des détails qui ne seraient accessibles depuis la Terre qu'à un télescope de 300 km de diamètre.

Mais pourquoi faudrait-il vraiment attendre 20 ans pour lancer une sonde aussi petite ? Parce qu'il faudrait construire au sol un dispositif aussi ambitieux que le Cern ou le projet Alma. Pour propulser la sonde, il faut en effet disposer d'une sorte de réseau d'antennes émettant des rayons laser occupant une surface de l'ordre du kilomètre carré et alimenté en électricité par l'équivalent d'une centrale électrique. Ces antennes devront utiliser des techniques d'optique adaptative à une échelle inédite car il faut concentrer des faisceaux laser en direction de la sonde malgré la turbulence de l'atmosphère. C'est vraiment là que se trouvent les défis technologiques les plus importants. Les 100 millions de dollars que veut injecter Milner ne serviront donc qu'à initier un projet qui coûtera sans doute des milliards de dollars. Il nécessitera finalement une coopération internationale mobilisant l'humanité dans sa quête d'une compréhension de ses origines et de sa place dans un univers qui, du Big Bang au vivant, a permis son apparition.

Plus que des retombées scientifiques ou technologiques d'un tel projet d'ici une cinquantaine d'années, c'est sans doute avec l'idée d'inspirer l'humanité et l'aider à atteindre de nouvelles hauteurs en se fédérant autour d'un projet commun que Milner a décidé de lancer son nouveau projet. On peut aussi penser qu'il va poser les prolégomènes d'une astronautique capable d'emporter des humains ou des supers IA vers les étoiles au cours du XXIIe siècle.

Kézako : comment une voile solaire peut-elle propulser un vaisseau spatial ?  Dans l'espace, une surface suffisamment grande peut être poussée par les photons du Soleil. C'est le principe de la voile solaire, testé avec succès en juin 2015 par la Planetary Society. Un système audacieux qu'Unisciel et l’université de Lille 1 nous expliquent au cours de cet épisode de Kézako.