Le désir humain d’explorer les profondeurs de l’espace continue d’inspirer de nouvelles façons d’atteindre des lieux éloignés. Avec une propulsion par fusées conventionnelle, voyager jusqu’à notre voisine stellaire la plus proche, l’Alpha du Centaure, prendrait des milliers d’années. À la place, des chercheurs envisagent la lumière comme une forme de propulsion plus rapide, moins coûteuse et plus durable qui pourrait permettre des voyages dans l’espace profond.
Une équipe de chercheurs de l’Université Texas A&M a démontré l’utilisation de faisceaux laser pour soulever et diriger de minuscules dispositifs conçus sans contact physique. Les résultats de cette expérience récente, publiés dans Newton, montrent le potentiel d’appliquer la propulsion par la lumière comme une méthode évolutive qui pourrait un jour alimenter une mission vers l’Alpha du Centaure.
Suivre la lumière
L’idée d’utiliser la lumière pour propulser des objets dans l’espace n’est pas nouvelle. Les particules lumineuses, ou photons, portent une quantité de mouvement, qui est transférée à la surface d’un objet pour créer de petites poussées. Cette technologie a déjà été démontrée sur les voiles solaires, qui utilisent la lumière du soleil pour propulser de petits engins dans l’espace, de manière similaire à celle dont le vent pousse les voiliers sur l’eau.
Les recherches récentes s’appuient sur ce concept en visant à employer des lasers pour propulser un vaisseau spatial entier vers des destinations dans l’espace profond. Les chercheurs à l’origine de l’étude ont développé des dispositifs à l’échelle micrométrique appelés metajets — des matériaux ultrafins plus petits que la largeur d’un cheveu humain. Les dispositifs sont gravés de motifs minuscules qui agissent comme une lentille, aidant les scientifiques à contrôler le comportement de la lumière lorsqu’elle rebondit sur eux.
Grâce à cette conception complexe, les chercheurs ont été capables de contrôler le transfert de quantité de mouvement exercé par le faisceau laser, dirigeant les metajets dans les trois dimensions. Cette maniabilité complète en 3D distingue l’expérience des recherches antérieures sur les systèmes de propulsion par la lumière et, selon les chercheurs, n’avait pas encore été atteinte auparavant.
Vers les étoiles
L’effet est similaire à une balle de ping-pong rebondissant sur une surface, a déclaré Shoufeng Lan, professeur adjoint et directeur du Lab pour la Nanophotonique Avancée à Texas A&M. Lorsque la lumière se reflète sur un objet, elle transfère une quantité de mouvement pour pousser l’objet avec une force petite mais mesurable.
L’expérience s’est déroulée dans un milieu fluide afin d’aider à compenser la gravité et à mieux observer le mouvement des metajets. Bien que les dispositifs utilisés dans l’expérience soient incroyablement petits, l’équipe pense que le concept peut être mis à l’échelle pour accueillir des objets plus volumineux s’il existe une puissance optique suffisante.
Contrairement à d’autres méthodes qui contrôlent l’objet en façonnant la lumière elle-même, cette nouvelle approche intègre le contrôle directement dans le matériau à travers des motifs minuscules afin de permettre une génération de force plus flexible. Ce faisant, la force dépend de la puissance de la lumière elle-même plutôt que de la taille de l’objet.
Les chercheurs derrière l’étude estiment que leur dispositif pourrait un jour être mis à l’échelle pour une mission vers l’Alpha du Centaure, atteignant éventuellement ce système stellaire lors d’un voyage relativement rapide d’environ 20 ans. L’équipe espère tester les dispositifs dans un environnement en microgravité afin d’étudier comment les metajets se comporteraient dans l’espace.
De manière similaire, l’Agence spatiale européenne a récemment tiré un faisceau laser sur des aérogels de graphène, propulsant le matériau vers l’avant uniquement grâce à la lumière. Cette expérience vise également à développer un avenir des voyages spatiaux sans propergol.
