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H2020

S4ILS — Résultat en bref

Project ID: 658645
Financé au titre de: H2020-EU.1.3.2.
Pays: Pays-Bas
Domaine: Espace

Des voiles solaires pour des applications de veille spatiale

Historiquement, le concept de voile est associé à l’image d’un voilier dans le vent. Mais cela pourrait-être sur le point de changer. Depuis que la Planetary Society a lancé le premier vaisseau spatial privé construit pour naviguer à l’aide de la lumière du soleil, la voile solaire est devenue réalité. La voile solaire est désormais sur le point d’atteindre de nouveaux sommets, plus proches de la Terre, grâce aux recherches menées dans le cadre du projet S4ILS.
Des voiles solaires pour des applications de veille spatiale
La propulsion spatiale ne se limite pas aux moteurs de fusée. La navigation solaire est une des alternatives, déjà mise en œuvre avec succès à l’occasion de missions comme IKAROS, par la JAXA, NanoSail-D2, par la NASA et LightSail-1, par la Planetary Society. Un seul chiffre peut suffire à résumer son incroyable potentiel: jusqu’à 1/5 de la vitesse de la lumière – soit la vitesse théorique possible avec cette méthode de propulsion.

«De par sa nature “sans propergol”, la navigation solaire constitue une avancée révolutionnaire dans la propulsion spatiale car elle ouvre la voie à des concepts de mission de longue durée avec de grands besoins en énergie. Parmi les idées proposées, des missions dans le domaine de l’héliophysique, survolant les pôles du Soleil, des vols stationnaires le long de l’axe Soleil-Terre pour les prévisions en matière de météo spatiale ainsi que le stationnement de la voile au-dessus de l’orbite terrestre pour la navigation et les communications dans les zones de haute latitude,» note le Dr. Jeannette Heiligers, chercheuse à la Delft University of Technology et coordinatrice du projet S4ILS.

Il y a toutefois un point commun entre ces idées: leur place dans le système Soleil-Terre. D’après le Dr. Heiligers, c’est comme si le milieu de la recherche avait un peu négligé la possibilité d’utiliser la technologie des voiles solaires bien plus près de nous, au sein du système Terre-Lune.

«Dans ce contexte, ma mission pour le projet S4ILS consistait à explorer le potentiel de la navigation solaire dans le système Terre-Lune, une attention particulière étant portée aux applications relatives à la veille spatiale (SSA). Il y a une lacune importante à combler, comme le montrent les perturbations des signaux GPS et des communications par satellite liées aux tempêtes solaires, la collision entre les satellites Iridium et Cosmos en 2009 ou l’astéroïde qui a pénétré l’atmosphère terrestre au-dessus de la Russie en 2013,» explique-t-elle.

Le Dr. Heiligers et ses collaborateurs ont procédé à une étude approfondie et systématique, au calcul et à l’inventaire des orbites périodiques pour la voile solaire dans l’ensemble du système Terre-Lune, non-linéaire. Ils ont évalué ces orbites pour les applications SSA et ont étudié les performances de différentes configurations de voile solaire en matière de contrôle d’orbite, de la voile solaire plate traditionnelle, souvent carrée, à ce qu’on appelle l’héliogyro, une configuration où la voilure est divisée en un certain nombre de longues lames minces, déployées à partir d’un moyeu central et bordées à l’aide de la tension induite par la rotation de l’ensemble.

Les recherches du projet S4ILS peuvent avoir des applications dans divers domaines. On envisage par exemple la conception d’une constellation innovante de voiles solaires autour de la Terre qui pourrait fournir une couverture quasi continue de l’ensemble des régions arctique et antarctique avec seulement deux satellites. Cela permettrait ensuite de réaliser des études sur le changement climatique global ainsi que le suivi et les prévisions en matière de météorologie spatiale.

Outre les recherches axées sur la SSA, le projet a également permis au Dr. Heiligers de coopérer avec le Centre de recherche de la NASA à Langley. La NASA a en effet développé une nouvelle technologie de voile solaire pour les petites plateformes satellitaires (CubeSats) et le Dr. Heiligers a examiné la possibilité d’utiliser cette technologie pour surveiller l’astéroïde 2016 HO3.

«Il est apparu que la navigation solaire pouvait non seulement acheminer la sonde vers l’astéroïde plus rapidement que les propulseurs à faible poussée (à moteur ionique) traditionnels, mais aussi que la consommation de carburant requise par le moteur ionique dépassait la capacité prévue à bord du CubeSat. Il s’agit d’une illustration claire de la façon dont les voiles solaires peuvent rendre possible une mission irréalisable avec les formes de propulsion traditionnelles,» conclut le Dr. Heiligers.

Mots-clés

S4ILS, CubeSat, voile solaire, système Terre-Lune, astéroïde, propulsion