Vaisseau spatial à voile laser arrivant à ‘Oumuamua, l’astéroïde interstellaire. Crédit : Maciej Rebisz
En octobre 2017, l’objet interstellaire ‘Oumuamua a traversé notre système solaire, laissant beaucoup de questions dans son sillage. Non seulement il s’agissait du premier objet de ce type jamais observé, mais les données limitées que les astronomes ont obtenues lors de son passage hors de notre système solaire les ont tous laissés perplexes. Aujourd’hui encore, près de cinq ans après le survol de ce visiteur interstellaire, les scientifiques ne sont toujours pas certains de sa véritable nature et de ses origines. En fin de compte, la seule façon d’obtenir de véritables réponses de ‘Oumuamua est de le rattraper.
Il est intéressant de noter qu’il existe de nombreuses propositions de missions qui pourraient faire exactement cela. Considérez Le projet Lyraune proposition de la Institut d’études interstellaires (i4is) qui s’appuierait sur une technologie de propulsion avancée pour aller à la rencontre d’objets interstellaires (ISO) et les étudier. Selon leur dernière étudesi leur concept de mission était lancé en 2028 et effectuait une manœuvre complexe Jupiter-Oberth (JOM), il serait en mesure de rattraper ‘Oumuamua en 26 ans.
Le 30 octobreth, 2017, moins de deux semaines après la détection de ‘Oumuamua, l’Initiative pour les études interstellaires (i4is) a inauguré le projet Lyra. L’objectif de cette étude conceptuelle était de déterminer si une mission de rendez-vous avec ‘Oumuamua était réalisable en utilisant les technologies actuelles ou à court terme. Depuis lors, l’équipe i4is a mené des études qui ont envisagé de rattraper ‘Oumuamua en utilisant propulsion nucléaire-thermique (NTP) et une voilier lasersimilaire à Percée Starshot – un concept de mission interstellaire pour atteindre Alpha Centauri en 20 ans.
Comme ils le décrivent dans leur étude, la plupart des méthodes proposées précédemment pour atteindre 1I/’Oumuamua à l’aide de technologies à court terme font appel à une Manœuvre d’Oberth solaire (SOM). Un exemple parfait est la “Sundiverune proposition faite par le chercheur Coryn Bailer-Jones de l’Institut de recherche de l’Union européenne. Institut Max Planck d’Astronomie (MPIA). Comme il l’a décrit à Universe Today dans un article intitulé article précédentce concept s’appuie sur la pression de radiation du Soleil pour obtenir une vitesse très élevée avec une voile légère.
“Le principe de l’effet Oberth est d’appliquer votre boost lorsque vous vous déplacez le plus rapidement par rapport au corps que vous orbitez, qui est le Soleil dans le cas du Sundiver”, a-t-il déclaré. “Plus vous êtes proche du Soleil dans votre orbite, plus vous serez rapide. Donc pour profiter de l’effet Oberth, vous devez vous rapprocher le plus possible du Soleil.”
Au cœur du SOM et des autres manœuvres d’Oberth se trouve une technique connue sous le nom de Assistance gravitationnellequi a été utilisée pour explorer le système solaire depuis le début des années 1970. Cette technique consiste à utiliser la force gravitationnelle de trois corps, dont le vaisseau spatial, un second corps qui fournit l'”assistance” (généralement une grande planète) et le corps central autour duquel la trajectoire du vaisseau spatial est contrôlée.
Adam Hibberd, un chercheur de l’i4is, est l’auteur principal de cette dernière étude de Lyra (intitulée “Projet Lyra : Une mission vers 1I/’Oumuamua sans manœuvre d’Oberth solaire”..”) Avant de rejoindre i4is, Hibberd était un ingénieur aérospatial qui a développé le logiciel de trajectoire interplanétaire optimale (OITS). Lorsque ‘Oumuamua a été détecté, il a décidé d’utiliser OITS avec cet ISO comme destination. Après avoir découvert le projet Lyra, il s’est joint à eux et à leurs efforts de recherche peu de temps après.
Impression d’artiste de la sonde à voile lumineuse du projet Lyra en train de rencontrer un objet interstellaire (ISO). Crédit : i4is
Comme il l’a expliqué à Universe Today par e-mail, la manœuvre d’Oberth solaire (SOM) repose sur trois changements discrets de vitesse (ou impulsions) pour sortir du système solaire. Il s’agit de :
- A la Terre, pour augmenter la distance la plus importante du vaisseau spatial par rapport au Soleil (aphélie),
- A l’aphélie, pour ralentir et se rapprocher du Soleil,
- Au point le plus proche du Soleil (périhélie), lorsque le vaisseau spatial se déplace à son rythme le plus rapide, pour obtenir une impulsion supplémentaire.
“Ce scénario à trois impulsions a été découvert par Theodore Edelbaum en 1959, mais le terme SOM semble être resté. Il est optimal du point de vue du carburant pourgénérant des vitesses élevées en dehors du système solaire. C’est précisément ce qui est nécessaire pour attraper un ISO lorsque celui-ci a dépassé le périhélie et s’éloigne rapidement du soleil.”
“Cependant, cette configuration théorique ne tient pas compte de Jupiter. Ainsi, comme une légère modification à cela, si nous ralentissons à l’étape 2 avec l’aide d’une assistance gravitationnelle inverse de Jupiter, alors nous pouvons atteindre l’évasion avec encore moins de carburant. C’est parce que le SOM est si efficace pour générer des vitesses élevées qu’il a été utilisé pour la recherche de missions vers les ISO.”
En cherchant des alternatives au SOM, Hibbert et ses collègues ont envisagé d’utiliser une route éprouvée qui intégrerait la puissante attraction gravitationnelle de Jupiter. Une partie de leur motivation était les défis inhérents à une manœuvre d’assistance à la gravité solaire. Bien que cette manœuvre ait l’air excellente sur le papier, elle n’a jamais été exécutée auparavant et a donc un faible potentiel de réussite. Niveau de préparation technologique (TRL) faible.
La mission Interstellar Probe serait la mission la plus lointaine à ce jour, dépassant les sondes Voyager et New Horizons. Crédit : NASA/JHUAPL
De plus, il y a la question de l’ampleur du réchauffement qui se produira lorsque le vaisseau spatial atteindra le périhélie au cours de l’étape 3 (entre 3 et 10 rayons solaires). Ces questions ont été abordées dans une récente étude conceptuelle de la NASA sur la physique solaire et spatiale intitulée “Sonde interstellaire : Le voyage de l’humanité vers l’espace interstellaire “..” Cette étude a été réalisée pour le compte de la Enquête décennale 2023-2032 sur la physique solaire et spatiale.qui comprenait (entre autres) des concepts pour une sonde interstellaire. Dans l’annexe D2.2, l’étude traite de la protection thermique dans le contexte d’une manœuvre d’Oberth solaire :
“Contrairement aux missions précédentes, où une conception de bouclier était nécessaire pour une distance solaire donnée, le défi de la sonde interstellaire est de voir à quelle distance du Soleil un engin spatial peut se rapprocher de façon réaliste. Au fur et à mesure que la distance solaire diminue, l’angle d’ombre augmente et la taille du bouclier, par rapport à l’engin spatial, croît de manière significative “.
“Parce qu’un effort de conception ne peut pas inclure toutes les limites de conception, de fabrication et d’essai des matériaux de la conception complète, la recommandation finale de la distance solaire admissible est faite en fonction de l’endroit où la conception semble passer de très difficile à impossible.”
Comme le Parker Solar Probe démontre amplement que pour s’approcher du Soleil, il faut un bouclier thermique capable de supporter la chaleur et les radiations extrêmes. Dans le cas de Parkerce bouclier mesure environ 2,44 mètres (8 ft) de diamètre et pèse près de 72,5 kg (160 lbs). La taille et la masse d’un bouclier thermique pour Lyra ne seraient pas identiques, mais il y a fort à parier qu’un bouclier thermique solaire entraînerait une masse supplémentaire importante pour la voile légère.
Un essaim de vaisseaux spatiaux à voile laser quittant le système solaire. Crédit : Adrian Mann
Comme alternative, Hibberd et son équipe ont recommandé une manœuvre Jupiter-Oberth (JOM), qui serait lancée depuis la Terre, tournerait autour de Vénus et de la Terre, effectuerait une manœuvre dans l’espace lointain (DSM), passerait à nouveau devant la Terre, puis recevrait une assistance gravitationnelle grâce à l’attraction gravitationnelle de Jupiter. C’est ce que résume l’acronyme V-E-DSM-E-J, ou le plus couramment utilisé V-E-E-GA – Vénus, Terre, Terre, Assistance gravitationnelle. Comme l’a indiqué Hibberd, cette manœuvre présenterait plusieurs avantages par rapport à un SOM, parmi lesquels :
“[It] ne nécessiterait pas un bouclier thermique lourd et ne nécessiterait pas non plus : a) Une distance de voyage supplémentaire de Jupiter à l’Oberth solaire d’environ 5,2 unités astronomiques (au), [and] b) d’une distance supplémentaire de retour autour de l’orbite de Jupiter de 5,2 au supplémentaires. Les deux (a) & ; (b) prendraient du temps pour un SOM qui ne serait pas nécessaire pour une manœuvre Oberth de Jupiter”.
“JOM est une découverte qui est essentielle pour le mandat du ‘Projet Lyra’ de trouver des options utilisant ‘la technologie actuelle ou à court terme’ car essentiellement elle ne nécessite pas de matériel ou de manœuvres qui n’ont pas été essayés auparavant, contrairement au SOM. Néanmoins, malgré le gain de temps résultant de l’absence de (a) & ; (b) ci-dessus – les vitesses d’échappement inférieures générées par le JOM signifient que la durée de la mission doit être plus longue.”
Un autre avantage identifié par Hibberd et son équipe est la vitesse d’arrivée du vaisseau spatial, qui serait beaucoup plus lente que celle d’un SOM – 18 km/s (64 800 km/h ; 40 265 mph) contre 30 km/s (108 000 km/h ; 67 108 mph). Le vaisseau spatial aurait ainsi plus de temps pour analyser ‘Oumuamua pendant l’approche et le départ. Sur la base d’une fenêtre de lancement en 2028, ils ont déterminé qu’un vaisseau spatial du projet Lyra serait capable de rattraper ‘Oumuamua en2054.
Étant donné que ‘Oumuamua est le morceau de matière interstellaire le plus proche qui nous soit accessible, les retombées scientifiques d’une mission de rendez-vous seraient incommensurables. Pour le coût relativement faible d’une mission de rendez-vous, l’humanité pourrait avoir un premier aperçu de ce qui se passe dans d’autres systèmes stellaires vers le milieu du siècle. Plus précisément, ce serait l’occasion de résoudre enfin les nombreuses questions qu’Oumuamua a soulevées lors de son survol historique de la Terre il y a des années !
Était-ce un iceberg d’azote ? Etait-ce des extraterrestres ? Était-ce quelque chose d’entièrement différent ? Si nous jouons bien nos cartes, nous connaîtrons les réponses à toutes ces questions d’ici le milieu du siècle !
Publié à l’origine sur L’univers aujourd’hui.
