Le vaisseau spatial doit voler sur l’eau

Les ingénieurs à l’origine de cette technologie envisagent un avenir dans lequel les sondes spatiales pourront voyager à travers le système solaire, alimentées uniquement par de l’eau et de l’énergie provenant, par exemple, de cellules solaires. En cours de route, le vaisseau spatial peut être rempli d’eau provenant de la Lune, de Mars ou des astéroïdes rencontrés en cours de route.

Ainsi, nous pouvons obtenir des engins capables de parcourir tout le système solaire sans manquer de carburant.

L’eau est éjectée

Il peut paraître étrange de parler de l’eau comme d’un combustible, car l’eau ne peut pas brûler. Mais un moteur-fusée n’a pas besoin d’une substance qui brûle littéralement. Il suffit de pousser quelque chose à travers une buse, qui propulse ensuite l’engin dans la direction opposée.

Et ça peut être de l’eau.

Une simple fusée peut être fabriquée à partir d’une bouteille d’eau à moitié pleine d’eau et gonflée d’air. Lorsque la bouteille est ouverte, l’air comprimé chasse l’eau et propulse la fusée vers le haut. En 2015, une équipe d’étudiants en ingénierie de l’Université du Cap en Afrique du Sud a mis un record de hauteur de 830 mètres pour une fusée propulsée à l’eau et à l’air comprimé.

Cependant, une telle fusée n’est pas très efficace, car l’eau n’est pas expulsée très rapidement et s’épuise rapidement. Il est beaucoup plus économe en énergie de chauffer l’eau en vapeur avant de l’envoyer par une buse.

L’eau se dilate considérablement lorsqu’elle passe du liquide au gaz. Plus la température est élevée, plus les molécules d’eau gagnent en vitesse lorsqu’elles se précipitent pour créer une propulsion.

Les moteurs à vapeur sont bon marché et peuvent être suffisamment petits pour accueillir des satellites de la taille d’une boîte à chaussures ou plus petits, mais ils peuvent néanmoins fournir suffisamment de puissance pour maintenir un satellite en orbite autour de la Terre et éventuellement modifier son orbite si nécessaire, par exemple en cas de danger. pour collision avec un autre satellite.

Un autre avantage est que même si de nombreux satellites sont aujourd’hui équipés de petits moteurs de fusée alimentés par l’hydrazine chimique, qui est à la fois toxique et cancérigène, l’eau est totalement inoffensive et peut être utilisée en toute sécurité avant le lancement.

Partant de ce principe, des ingénieurs de l’Université de Tokyo ont fondé la société Pale Blue, qui développe et vend de petites machines à vapeur pour satellites.

L’un de ces moteurs se trouve dans le petit satellite japonais ŒIL, derrière lequel se trouve le géant de l’électronique Sony. Le satellite a été lancé en orbite autour de la Terre le 3 janvier 2023 pour prendre des photos de la Terre à une altitude de 500 à 600 kilomètres.

Deux mois plus tard, le moteur-fusée à vapeur était testé. Il s’est avéré qu’il peut maintenir le satellite sur la bonne orbite, ce qui prolonge la durée de vie d’EYE d’environ deux ans et demi.

Cependant, ces moteurs à vapeur ne sont pas assez puissants pour manœuvrer de gros satellites ou pour envoyer des engins spatiaux effectuer de longs voyages dans le système solaire. D’autres forces doivent entrer en jeu.

Les micro-ondes brisent les molécules

Les moteurs à eau destinés aux longs voyages spatiaux nécessitent des températures élevées. Plus la vapeur est chaude, plus l’accélération est forte. Dans les moteurs-fusées chimiques, où le carburant est brûlé, la température atteint plus de 3 000 °C. Mais l’eau peut en réalité devenir encore plus chaude.

Lorsque l’eau est chauffée à plusieurs milliers de degrés, les molécules d’eau commencent à se désintégrer. L’eau passe à son état suivant et se transforme en ce qu’on appelle le plasma – une soupe ultra-chaude de noyaux atomiques et d’électrons voyageant les uns autour des autres.

De telles températures élevées peuvent être obtenues en bombardant l’eau avec des micro-ondes qui convertissent l’eau en plasma. Le concept est connu depuis les années 1960 et la technologie est fondamentalement la même que celle utilisée dans un four à micro-ondes, où l’électricité est convertie en micro-ondes dans ce qu’on appelle un magnétron. Lors des premières expériences avec des moteurs à plasma, les chercheurs ont utilisé des pièces provenant de fours à micro-ondes pour produire les micro-ondes.

Depuis, les ingénieurs ont continué à travailler sur le concept, mais le plus grand défi a toujours été de contrôler le plasma chaud. Il doit être maintenu au centre du moteur jusqu’à ce qu’il soit libéré par une buse, et il ne doit pas entrer en contact avec d’autres parties du moteur, car elles pourraient alors simplement fondre sous l’effet de la chaleur intense.

La société Momentus a ce défi résolu en protégeant le moteur avec une couche externe de vapeur d’eau froide enfermant le plasma le plus chaud au milieu.

À l’avenir, Momentus utilisera des moteurs à eau sur des satellites pouvant agir comme des remorqueurs dans l’espace et transporter des satellites plus petits sur les orbites correctes autour de la Terre.

La société a également proposé de prolonger la durée de vie du télescope spatial Hubble en le plaçant sur une orbite plus élevée. Sans coup de pouce, le célèbre télescope spatial va s’écraser au cours des 15 prochaines années.

Mais Momentus n’est pas seul. Une autre start-up, Argo Space, a des ambitions encore plus grandes dans le domaine spatial.

Les navettes font le plein

Espace Argo est fondée par les frères Robert, Ryan et Kirby Carlisle, qui ont tous un passé au sein de la société spatiale à succès SpaceX. Argo a des projets très ambitieux pour une toute nouvelle infrastructure spatiale basée sur l’eau.

L’idée est de ravitailler les vaisseaux spatiaux avec de l’eau provenant de la Lune. Au fond des cratères situés aux pôles de la Lune se trouvent des centaines de millions de tonnes de glace, ainsi qu’un peu d’eau contenue dans la poussière à la surface de la Lune.

Si nous pouvons extraire de l’eau sur la Lune, la purifier et la charger sur des pétroliers, les satellites et les sondes spatiales pourront s’arrêter dans les stations d’eau en orbite lunaire pour faire le plein.

Cela peut sembler étrange d’obtenir de l’eau de la Lune alors que nous en avons autant sur Terre. Mais le fait est qu’il est beaucoup plus facile et moins coûteux de soulever de l’eau dans l’espace depuis la lune que depuis la terre, car la force de gravité y est bien moindre.

La glace se trouve dans de nombreux autres endroits du système solaire, notamment sur Mars, sur les astéroïdes et les lunes en orbite autour des planètes extérieures. Avec la bonne technologie, les sondes spatiales effectuant de longs voyages peuvent faire des escales et faire le plein d’eau.

Des chercheurs de l’Institut lunaire et planétaire soutenu par la NASA, par exemple, ont proposé un engin qu’ils ont appelé Araignée en raison de ses huit pattes, toutes équipées de foreuses capables de récupérer la glace des astéroïdes.

Si la Nasa ou d’autres parviennent à construire des véhicules capables de remplir le réservoir d’eau, l’exploration du système solaire s’ouvrira réellement, car alors les véhicules ne seront en principe jamais à court de carburant.

Parce que l’eau ne se trouve pas seulement sur la Lune et sur Mars, mais partout sur les planètes lointaines et les astéroïdes du système solaire.