Voguer sous les rayons du Soleil : LightSail 2

Fantasmé depuis plus d’un siècle, le projet de navigation solaire contrôlée a enfin vu le jour, même s’il n’est désormais plus question de voguer sur l’eau mais dans le vide spatial.

La voile solaire, à l’image d’une voile classique, est un dispositif de propulsion par la pression, la pression du vent étant remplacée par la pression du rayonnement des particules de lumière, les photons. Lorsque ces particules se heurtent à la toile, elles lui lèguent une partie de leur énergie et la “poussent”. La voile est alors propulsée dans l’espace à la seule force des rayons du Soleil !

Après quelques réussites d’envois de voiles solaires, un nouveau défi s’est présenté : le contrôle actif de direction, autrement dit le pilotage.



Déploiement :

En juillet 2019, LightSail 2, un minisatellite de la Planetary Society a déployé ses quatre bras télescopiques afin d’étirer quatre toiles triangulaires de Mylar formant une voile de 32m2. Cette voile collecte la lumière et permet d’emmagasiner une partie de l’énergie transmise par les photons arrivant à une vitesse de 300 000 km/s.


Schéma du minisatellite et de ses bras télescopiques.


Localisation :

D’une part des capteurs solaires placés sur les bras télescopiques permettent de mesurer l’angle d’arrivée du flux photonique sur la voile, d’autre part des magnétomètres mesurent le champ magnétique terrestre. Ces dispositifs permettent d’évaluer la position du minisatellite par rapport au Soleil et à la Terre.


Schéma du fonctionnement de la voile.



Traitement de données :

Une fois toutes ces données de position relative collectées, l’ordinateur embarqué, situé dans l’une des unités cubiques qui composent LightSail 2, calcule la position exacte de ce dernier dans l’espace. Pour cela, il va jauger le courant électrique circulant dans de petits électroaimants, des couples magnétiques en présence pourront alors stabiliser la voile.

Localisation du traitement de l’information.


L’orientation :

Lorsque l’ordinateur perçoit que la voile se trouve dans l’ombre de la Terre, et donc que le flux photonique l’éloigne de celle-ci, il va, grâce aux couples magnétiques, orienter la voile de façon à ce qu’elle soit perpendiculaire au rayonnement solaire. Par conséquent la totalité de sa capacité de réception de l’énergie solaire est utilisée (32m2). Dans cette position optimale, le satellite va gagner environ 200 m d’altitude (jusqu’à une apogée phénoménale de 900 m).

De manière analogue, lorsqu’il se situe là où la poussée de photons l’entraine vers la Terre, il va faire pivoter la voile afin qu’elle soit parallèle aux rayons du Soleil et puisse avoir une surface de contact moindre.


Schéma de l’orientation de la voile

Ici la voile présente sa tranche au flux photonique pour n’en capter qu’une infime partie, ainsi elle ne sera que très peu poussée en direction de la Terre.



La voile peut désormais être considérée comme un mode de déplacement spatial à proprement parler. En s’affranchissant d’une des plus grandes contraintes de ce domaine, le carburant, elle devient notre plus bel atout pour la conquête spatiale.

LightSail 2 a prouvé au monde que la navigation de voiliers cosmiques contrôlés permettra à l’Humanité de s’aventurer par-delà notre système. Les missions de voiliers spatiaux qui sont d’ores et déjà prévues pour les années à venir laissent présager un très bel avenir pour la voile solaire.



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PEDONI Chloé

Sources : Sciences&Vie, https://www.science-et-vie.com/ciel-et-espace/voile-solaire-l-art-de-s-orienter-dans-l-espace-51471

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