Petits satellites + voiles solaires = Photos d’exoplanètes à la résolution d’un appareil photo numérique des années 1970 • The Register

Il est temps d’arrêter de tergiverser sur les coûts monétaires et temporels de l’exploration du système solaire extérieur et au-delà, déclare un groupe international de boffins. Nous avons tous les matériaux dont nous avons besoin pour le faire plus rapidement et à moindre coût en combinant des petits satellites modernes avec des voiles solaires, et le résultat final pourrait être de véritables photographies d’exoplanètes.

Auteur par un groupe dirigé par le physicien Slava Turyshev du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, l’équipe de 27 chercheurs affirme que la technologie actuelle des voiles solaires, combinée au facteur de forme smallsat de plus en plus populaire (classé par la NASA comme étant moins de 180 kg) serait suffisant pour construire un engin capable d’atteindre des vitesses allant jusqu’à 33 kilomètres par seconde, soit environ sept unités astronomiques (la distance approximative entre le Soleil et la Terre, environ 150 mètres kilomètres) par an.

À cette vitesse, un petit satellite à voile solaire pourrait atteindre Jupiter en un an et les lunes de Saturne en moins de trois. Sept UA/an, c’est rapide – environ double la vitesse des sondes Voyager.

“Des vitesses supérieures à sept UA/an nécessiteront de nouveaux matériaux et technologies de voile”, a écrit l’équipe, mais cela ne signifie pas que nous attendrons indéfiniment pour aller beaucoup plus vite. “Avec des matériaux de voile déjà en cours de développement, des vitesses de petits satellites allant jusqu’à 20-25 UA/an seront réalisables dans 5 à 7 ans”, ont ajouté les chercheurs.

Tout cela, remarquez, est sans propulseur, ce qui réduit considérablement le poids et le volume des engins spatiaux potentiels. Les voiles solaires sont hautement réfléchissantes et accélèrent en réfléchissant l’énergie photonique du Soleil. C’est une petite force mais elle s’additionne avec le temps, bien que plus vous vous éloignez du Soleil, plus l’accélération diminue.

Les engins spatiaux à voile solaire peuvent sembler de la science-fiction, mais une paire d’expériences au cours des dernières années a prouvé leur efficacité. LightSail 2, un cubesat déployé en 2019, a utilisé une voile de 32 mètres carrés pour augmenter sa vitesse et gagner de l’altitude au cours d’une quelques années en orbite, tandis que IKAROS de l’Agence spatiale japonaise a utilisé une voile de 14 x 14 mètres pour propulser son vol au-dessus de Vénus en 2010.

Avec ces projets comme référence, le chercheur affirme avoir développé un vaisseau potentiel qui pourrait être construit pour un coût compris entre 30 et 75 millions de dollars (24 à 60 millions de livres sterling), par opposition au coût de 2 à 5 milliards de dollars (1,6 à 4 milliards de livres sterling). d’une mission spatiale profonde typique de type phare.”

Parce que les engins eux-mêmes sont assez petits – la NASA décrit les petits satellites comme étant, dans leur plus grande taille, de la taille d’un réfrigérateur – ils peuvent se greffer sur des engins comme le Falcon Heavy de SpaceX, comme ce fut le cas avec LightSail 2, réduisant encore les coûts.

Afin d’atteindre leurs vitesses record, les petits satellites à voile solaire devraient se rapprocher du soleil autant que leurs matériaux le permettent afin d’obtenir une trajectoire hyperbolique à haute énergie qui leur permettrait de capter autant d’énergie que possible.

Tout au nom de la photographie d’exoplanètes

L’équipe à l’origine de l’article propose une nouvelle classe de voiliers solaires qu’elle appelle “Sundiver”, conçue dans le but ultime de répondre aux objectifs de la NASA. désir pour un vaisseau spatial qui peut atteindre un emplacement dans les profondeurs du système solaire connu sous le nom de région focale de la lentille gravitationnelle solaire (SGL). Faire cela en moins de 25 ans, nécessiterait des vitesses supérieures à 20 UA/an.

La région focale SGL commence à 547 UA du Soleil (la planète naine Pluton, à titre de comparaison, est à environ 30-49 UA du Sol), et est le point dans l’espace où Albert Einstein a prédit qu’un observateur pourrait utiliser le champ gravitationnel de notre étoile. grossir des objets distants.

Les exoplanètes, dont nous avons pu confirmer l’existence mais pas directement observer, pourraient théoriquement être photographiées avec des détails relatifs, car le SGL offre une amplification de luminosité intense et une résolution angulaire.

Même en présence de la couronne solaire, la NASA a déclaré que six mois de temps d’intégration dans la région d’interférence forte du SGL (au-delà de 547,6 UA) permettraient aux chercheurs de “reconstruire l’image de l’exoplanète avec une résolution de surface à l’échelle d’environ 25 km, suffisante pour voir les caractéristiques de surface et les signes d’habitabilité.”

En revanche, un instrument optique traditionnel aurait besoin d’une ouverture d’environ 90,5 kilomètres de large “pour capturer ne serait-ce qu’une image d’un seul pixel d’une exoplanète semblable à la Terre”, selon les boffins.

Un autre outil de photographie spatiale fréquemment utilisé, l’interféromètre (qui fusionne plusieurs sources de lumière pour créer une seule image), serait également inadapté à la tâche : des milliers de télescopes de 30 m nécessiteraient environ 10⁵ ans pour obtenir un rapport signal sur bruit supérieur à 1 en essayant de prendre une image d’une planète en orbite autour d’une autre étoile, prédisent-ils.

Cependant, le petit vaisseau à voile solaire proposé assis au point focal SGL “peut produire une image de 250 x 250 pixels … en seulement 12 mois”, ont déclaré les chercheurs.

“Les missions pourraient également cibler rapidement le système solaire externe, y compris des vols vers des corps potentiellement vitaux, tels qu’Encelade, et au-delà, vers les géants de glace négligés, Uranus et Neptune”, a déclaré l’équipe.

“Aucune de ces très petites missions à but spécial ne remplacerait le désir et la planification des missions de classe phare plus grandes et plus coûteuses pour la science du système solaire. Mais elles nous fourniraient des données de reconnaissance initiales pendant que nous attendons les orbiteurs et les atterrisseurs.”

Bien sûr, c’est pour la science locale – personne ne fera atterrir un engin sur une exoplanète de notre vivant. En photographier un, en revanche, pourrait être possible. ®