Les vaisseaux spatiaux et les sondes utilisent actuellement presque exclusivement la propulsion chimique. Mais ce n'est peut-être pas la seule façon de voyager dans l'espace à l'avenir. Selon les experts, la propulsion solaire et nucléaire pourrait également jouer un rôle important à l'avenir.
Le physicien et ingénieur allemand Hermann Oberth (1894-1989) est considéré comme l'initiateur prophétique du voyage spatial. Il a fait des considérations physico-mathématiques sur la façon dont il est possible d'atteindre la lune. Avec un canon, comme le décrit Jules Verne dans son livre "De la Terre à la Lune", cela n'a pas marché, reconnaît Oberth. Cependant, selon le pionnier de l'astronautique, il pourrait fonctionner avec une fusée. Il avait raison.
En 1969, les premiers êtres humains sont entrés sur la lune. Ils avaient quitté la terre avec une fusée et cinq jours plus tard, ils ont atterri sur le satellite terrestre avec un module lunaire. Cependant, la curiosité humaine était loin d'être satisfaite ; l'exploration de l'univers bat toujours son plein. Et comme Oberth il y a quelques décennies, les ingénieurs et les chercheurs spatiaux du XXIe siècle se demandent : quelle technologie de propulsion nous conduira à telle ou telle destination loin de notre planète natale ?
Martin Tajmar est l'un de ceux qui cherchent des réponses. L'ingénieur physique et directeur de l'Institut de technologie aérospatiale de l'Université technique de Dresde étudie avec ses collègues de nouveaux concepts de propulsion spatiale. Il s'agit de moteurs à haut rendement pour les satellites et les sondes spatiales inhabitées, ainsi que d'idées pour les vols spatiaux habités. La prochaine cible est Mars, une planète située à près de 230 millions de kilomètres.
Naviguer dans le système solaire
Pour Tajmar, une technologie en particulier est à l'épreuve du temps en tant que propulsion de sonde : la voile dite solaire, communément appelée voile solaire. Oberth a déjà décrit cette poussée théoriquement, la rendant plus ancienne que l'ère spatiale elle-même. "La particularité de cette méthode est que vous n'avez pas besoin d'emporter de carburant avec vous ", dit Tajmar. Jusqu'à présent, la propulsion chimique a été la principale méthode utilisée dans les voyages spatiaux. Le poids de l'engin spatial augmente énormément en raison du carburant qu'il transporte. Sa quantité ne peut donc pas être augmentée à volonté. L'engin spatial est alors généralement amené à sa vitesse finale par une courte et violente phase d'accélération, puis ne s'accélère pas. La lumière, cependant, le "carburant" des voiles solaires, est illimitée, au moins pour les missions près du soleil. Le vaisseau spatial subit donc une accélération permanente.
D'une certaine manière, le principe de propulsion est comparable à celui d'une voile ici sur Terre : les particules frappent la voile, sont réfléchies et la "poussent" dans une direction. Sur Terre, ce sont des molécules d'air, sur une voile solaire, des rayons de lumière du soleil, ou des photons, comme diraient les physiciens. Les innombrables minishocks génèrent une poussée constante, quoique faible, vers l'avant. L'accélération possible dépend de différents paramètres, notamment la taille de la voile, le poids de l'engin spatial et l'intensité du rayonnement. Pour obtenir des valeurs d'accélération appréciables, de grandes feuilles légères sont nécessaires.
Plusieurs missions ont déjà utilisé des voiles solaires à des fins d'essais. Une première mission opérationnelle réussie a été réalisée par l'Agence Spatiale Japonaise en 2010 : la sonde Ikaros (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) a été mise en route pour Vénus par des moteurs chimiques et était également équipée d'une voile de 173 mètres carrés de seulement quelques microns d'épaisseur, qui pouvait être prolongée par la force centrifuge créée par la rotation de la sonde elle-même. Même avec un alignement optimal, cependant, la sonde n'a obtenu qu'une force motrice supplémentaire de 1,6 millénium à travers la voile. Avec une masse totale de seulement 315 kilogrammes, cela représente une accélération d'environ 40 kilomètres à l'heure par mois. Après six mois de vol, la sonde a traversé Vénus.