Une propulsion laser pour voyager vers Mars en 45 jours est-elle envisageable ?

Sylvie Montard - 9 février 2022


Crédit : Freepik
 
En 2018, la NASA a mis au défi les ingénieurs du monde entier de concevoir une mission vers Mars qui fournirait une charge utile d'au moins 1 tonne en 45 jours maximum. Le court délai de livraison est motivé par le désir de transporter des cargaisons et des astronautes vers Mars tout en minimisant leur exposition aux effets néfastes des rayons cosmiques galactiques et des tempêtes solaires.
 
Des chercheurs canadiens de l'Université McGill ont répondu à la sollicitation de la NASA, en travaillant sur un concept de propulsion laser thermique, un type de propulsion spatiale étudié depuis les années 1970, dans lequel l'énergie est fournie au vaisseau spatial par un laser de forte puissance situé sur Terre ou dans l'espace. L'objectif initial était de mettre au point des microsatellites utilisant cette technique et pouvant être placés en orbite et manœuvrés à très faible coût.
 
Le concept de l'Université McGill exigerait une puissance électrique de 100 mégawatts, soit l'équivalent de 80000 foyers américains. Sur Terre, un réseau laser de 10 mètres de large chaufferait un plasma d'hydrogène dans une chambre derrière un vaisseau spatial, produisant une poussée à partir d'hydrogène gazeux et l'envoyant sur Mars en seulement 45 jours. Là, il aérofreinerait dans l'atmosphère martienne, acheminant des colons humains et des fournitures. La charge utile, orbitant sur une orbite terrestre moyenne elliptique, aurait un réflecteur qui dirige le faisceau laser provenant de la Terre dans une chambre de chauffage contenant un plasma d'hydrogène. Avec son noyau alors chauffé jusqu'à 39700°C, l'hydrogène gazeux circulant autour du noyau atteindrait 10000°C et serait expulsé par une tuyère, créant une poussée pour propulser le vaisseau loin de la Terre.


Crédit : Darius Farraye/CNET

La charge utile voyagerait alors à près de 17 kilomètres par seconde, pour atteindre la Lune en à peine huit heures, et l'atmosphère martienne en un mois et demi. Cependant, une fois arrivée à destination, placer la charge utile sur une orbite de 150 km autour de Mars reste un problème difficile à résoudre pour les chercheurs. Il est en effet impossible de transporter un propulseur chimique pour ralentir la fusée. Le carburant nécessaire réduirait la masse de la charge utile à moins de 6 %. En attendant qu'une présence humaine sur la planète rouge construise un réseau laser équivalent afin de fournir une poussée inverse sur le réflecteur de la chambre à plasma d'un vaisseau en approche, l'aérofreinage est le seul moyen envisageable pour ralentir une charge utile sur Mars.

Le freinage atmosphérique est une manœuvre de mécanique spatiale qui permet de modifier les caractéristiques de l'orbite elliptique d'un vaisseau spatial en utilisant les forces de frottement exercées par l'atmosphère de la planète. Mais la forte décélération de cette technique exercerait une pression trop éprouvante sur le corps humain. De plus, la chaleur dégagée par le frottement atmosphérique dépasserait les températures supportées par les boucliers thermiques actuels, qui équipent par exemple les sondes et les rovers en approche de Mars.
 
Les premiers humains sur Mars n'arriveront probablement pas en utilisant la technologie de propulsion laser. « Cependant, après l'implantation à long terme d'une colonie humaine sur Mars, nous aurons besoin d'une technologie de propulsion plus rapide, ne serait-ce que pour éviter les risques de radiation », explique Emmanuel Duplay, auteur principal de l'étude. « Une mission à propulsion laser vers Mars pourrait être lancée 10 ans après les premières missions humaines, peut-être vers 2040. », spécule-t-il.


Source: phys.org
 
   
 
 
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