NASA : une nouvelle voile solaire avancée s’apprête à prendre le large

La NASA vient d’annoncer le lancement imminent d’un tout nouveau prototype de voile solaire. En cas de succès, cette expérience pourrait enfin permettre de démocratiser ce concept qui a connu des débuts timides, mais qui commence enfin à arriver à maturité.

Le concept repose sur le même mécanisme fondamental que la voilure d’un bateau classique : on déploie une grande surface sur laquelle s’exerce une force qui met le véhicule en mouvement. Dans le cas d’un voilier traditionnel, l’énergie cinétique portée par les particules d’air qui se déplacent au gré du vent est transférée à la voilure, créant ainsi un différentiel de pression qui a pour effet de mettre l’embarcation en mouvement. Dans une voile solaire, cette énergie est portée non pas par des particules d’air, mais par les photons qui composent la lumière de notre étoile.

On peut utiliser ce principe pour créer un système de propulsion ultraléger et pratiquement inépuisable, capable de faire avancer un petit engin sur de très longues distances sans devoir embarquer de moteur ou de carburant traditionnel. Mais jusqu’à présent, ces voiles solaires ont été limitées par les matériaux disponibles. Il existe déjà des prototypes fonctionnels, comme celui de la startup française Gama Space. Mais ces engins souffrent encore de limites significatives. Notamment au niveau de la bôme, la structure de soutien articulée qui permet d’orienter la voilure.

« Les bômes ont tendance à être soit lourdes et métalliques, soit en composite léger avec une conception volumineuse. Or, ni l’une ni l’autre ne conviennent bien aux petits engins spatiaux d’aujourd’hui. Les voiles solaires ont besoin de bômes très grandes, stables et capables de se replier sans problème », explique Keats Wilkie, responsable du programme à la NASA.

Une architecture originale

Le nouveau prototype de la NASA, baptisé Advanced Composite Solar Sail System, veut résoudre ce problème avec un nouveau composite à base de polymères flexibles et de fibre de carbone. Grâce à ces matériaux, les ingénieurs ont réussi à construire une bôme de nouvelle génération, capable de soutenir une voilure bien plus importante sans faire de concession en termes de masse et de performance.

Tout l’enjeu, c’est de réussir à caser cette structure dans un lanceur. Pour y parvenir, la NASA a misé sur une architecture originale. Cette bôme a la forme d’un tube, et peut être aplatie puis repliée sur elle-même comme un mètre à ruban. On obtient alors un objet particulièrement compact, léger et résistant qui peut tenir dans la main, et qui devrait être capable de soutenir parfaitement une grande voilure une fois déroulé.

Pour tester son engin, la NASA a fait appel à RocketLab, une entreprise considérée comme le « SpaceX des petites fusées ». Son lanceur Electron, réputé pour sa fiabilité et son faible coût opérationnel, va se changer de déployer le prototype sur une orbite héliosynchrone à environ 1000 kilomètres d’altitude.

Une nouvelle structure qui permet de voir plus grand

Une fois arrivé à destination, l’objectif principal sera de tester le déploiement de ces fameuses bômes. La structure devrait se dérouler en une demi-heure pour tendre une voile d’environ 80 mètres carrés — l’équivalent d’une petite dizaine de places de parking. L’agence va suivre le processus de près grâce à un ensemble de caméras positionnées en plusieurs points stratégiques. Cela permettra notamment aux ingénieurs de vérifier si la tension et la symétrie de la voile sont conformes aux attentes.

En cas de succès, ce prototype pourra ouvrir la voie à des engins encore plus ambitieux. Car en théorie, ces bômes composites devraient pouvoir soutenir une voile encore bien plus grande, jusqu’à 500 mètres carrés. Pour référence, c’est à peu près la surface d’un terrain de basketball. Et la NASA voit encore plus grand. D’après le communiqué, en améliorant encore un peu le concept, il sera possible de déployer une voile de… deux kilomètres carrés, soit un demi-terrain de football !

Le cas échéant, nous en arriverons enfin au stade où les voiles solaires devraient devenir intéressantes en pratique. Avec une telle surface, il sera possible de propulser des engins assez volumineux, bien plus grands que les petits CubeSat, sur des distances absolument gigantesques. Le tout avec une fiabilité assez exemplaire, puisqu’un tel système comporte beaucoup moins de points de rupture potentiels que les moteurs à propulsion ionique qui équipent de nombreuses sondes. Il sera donc très intéressant de suivre cette mission discrète, mais qui va sans doute transformer la navigation spatiale en profondeur.

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