Depuis plus d’un siècle, la propulsion des fusées suit un principe simple : brûlez du carburant, expulsez-le vers l'arrière et la troisième loi de Newton vous pousse vers l'avant. Depuis que Konstantin Tsiolkovsky a formulé pour la première fois l'équation des fusées en 1903, les vaisseaux spatiaux emportaient avec eux leur propulseur, limitant les capacités de mission par les rapports de masse. Plus vous transportez de carburant, plus votre fusée devient lourde, nécessitant encore plus de carburant pour soulever ce carburant, dans un cercle vicieux qui rend les voyages interstellaires incroyablement lointains. Mais et si les vaisseaux spatiaux n’avaient pas du tout besoin de transporter de propulseur ?
C'est la possibilité alléchante explorée dans une nouvelle revue complète publiée sur le arXiv serveur de préimpression qui examine les méthodes de propulsion sans propulseur pour l'exploration spatiale. Ces systèmes exploitent les forces naturelles et les sources d’énergie externes plutôt que la combustion chimique, permettant potentiellement des missions qui seraient totalement impossibles avec des fusées conventionnelles.
La technique sans propulseur la plus simple permet de faire voler des engins spatiaux depuis des décennies, l'assistance gravitationnelle. En chronométrant soigneusement l'approche d'une planète, les ingénieurs peuvent voler une infime fraction de l'élan orbital de cette planète, propulsant le vaisseau spatial à des vitesses plus élevées sans brûler de carburant. Les sondes Voyager ont utilisé cette manœuvre pour visiter les quatre planètes extérieures. La technique fonctionne à merveille, mais vous avez besoin de planètes exactement dans les bonnes positions, ce qui rend les opportunités de mission rares et les trajectoires rigides.
Les voiles solaires offrent une propulsion plus continue et plus pratique en exploitant la pression du rayonnement solaire. Ces énormes membranes réfléchissent les photons pour générer une poussée, accélérant lentement mais de manière persistante sans carburant. La sonde japonaise IKAROS a démontré cette technologie en 2010, voyageant avec succès vers Vénus uniquement grâce à la lumière du soleil. Cependant, les voiles solaires nécessitent des matériaux vastes et très fins qui doivent survivre à des conditions spatiales difficiles pendant des années, et leurs performances diminuent considérablement avec la distance du soleil.
Les voiles magnétiques adoptent une approche différente, en utilisant des boucles supraconductrices pour générer de puissants champs magnétiques qui dévient le vent solaire, le flux de particules chargées provenant constamment du soleil. En poussant contre ce plasma, les voiles magnétiques créent une poussée sans consommer de propulseur. Elles offrent potentiellement une meilleure accélération que les voiles solaires et ne se dégraderaient pas avec le temps comme les membranes réfléchissantes. Le piège ? La création du champ magnétique nécessaire nécessite d’énormes bobines supraconductrices, potentiellement d’un rayon de 50 kilomètres, maintenues à des températures cryogéniques. La technologie permettant de construire et de déployer de telles structures n’existe tout simplement pas encore.
Les voiles électriques représentent une variante plus récente, utilisant des attaches chargées plutôt que des champs magnétiques pour repousser les protons du vent solaire. Ces systèmes promettent des engins spatiaux plus légers que les voiles magnétiques, bien qu’ils dépendent eux aussi du déploiement de fils extrêmement longs et légers et nécessitent une énergie électrique importante pour maintenir la charge nécessaire.
Chaque méthode sans propulseur offre des avantages uniques tout en étant confrontée à des obstacles techniques distincts. La gravité aide à fonctionner maintenant mais exige des alignements planétaires précis. Les voiles solaires fournissent une poussée constante mais nécessitent des structures massives et délicates. Les voiles magnétiques et électriques évitent la dégradation des matériaux mais nécessitent des technologies encore en développement. L’étude montre clairement qu’aucune approche unique ne résout tous les défis, mais qu’ensemble, ces méthodes pourraient transformer fondamentalement la façon dont nous explorons le système solaire et au-delà. Pour les missions vraiment ambitieuses dans l’espace interstellaire, laisser le propulseur derrière soi n’est peut-être pas seulement avantageux, mais cela peut être absolument essentiel.
