Utilisateur:Oxymiro/Sonde interstellaire

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Les sondes spatiales qui ont quitté ou sont sur le point de quitter le Système solaire sont représentés par des marqueurs carrés.
Les étoiles se déplacent considérablement aux échelles de temps de trajet interstellaire accessibles à la technologie actuelle.

Une sonde interstellaire est une sonde spatiale qui a quitté ou quittera le Système solaire pour entrer dans le milieu interstellaire, défini comme la région située au-delà de l'héliopause qui délimite la zone d'influence des vents solaires. Le terme de "sonde interstellaire" peut également désigner une sondes capable d'atteindre d'autres systèmes stellaires.

Une sonde spatiale quittant le Système solaire passe d'abord à travers le choc terminal, la région de l'héliosphère où le vent solaire est freiné par les interactions avec le milieu interstellaire jusqu'à atteindre une vitesse subsonique. La sonde atteint ensuite l'héliopause, où le vent solaire est complètement arrêté par le milieu interstellaire. Cette frontière marque la fin du Système solaire et le début du milieu interstellaire, qui s'étend jusqu'aux astrosphères des autres étoiles. La sonde Voyager 1 a détecté l'héliopause en 2012 à environ 122 au du Soleil, bien que cette distance soit fluctuante car elle dépend de la vitesse du vent solaire et de la densité du milieu interstellaire. La région dans laquelle le champ gravitationnel du Soleil domine (la sphère de Hill) s'étendrait bien au-delà de l'héliopause jusqu'à environ 230 000 au (3,6 années-lumière)[1], une distance proche de celle du système stellaire voisin, Alpha Centauri, situé à 4,36 années-lumière. Les sondes restent ainsi sous l'influence gravitationnelle du Soleil pendant très longtemps. Elles sont néanmoins destinées à quitter le Système solaire pour toujours, car leur vitesse dépasse la vitesse de libération permettant d'échapper à l'attraction du Soleil.

Il existe en 2024 cinq sondes interstellaires, toutes lancées par la NASA, l'agence spatiale américaine : Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11 et New Horizons. Pour l'heure, en 2023, seuls Voyager 1, Voyager 2 et Pioneer 10 ont réellement atteint l'espace interstellaire, les deux autres étant en chemin.[2] Ces sondes avaient toutes comme objectifs initiaux l'étude de planètes ou de petits corps du Système solaire.

Trois projets dédiés à l'exploration du milieu interstellaire sont à l'étude actuellement : Interstellar Express (Agence spatiale chinoise), Interstellar Probe (NASA) et Starshot (Breakthrough Initiatives). Une sonde envoyée sur Alpha Centauri mettrait 40 000 ans à y parvenir avec la technologie actuelle.[3] Les étoiles peuvent se déplacer considérablement sur cette échelle de temps. A titre d'exemple, Ross 248 sera plus proche de la Terre qu'Alpha Centauri dans 40 000 ans.[4] Des technologies permettant le voyage interstellaire sur des échelles de temps d'une vie humaine sont à l'étude.

Liste de sondes interstellaires[modifier | modifier le code]

Sondes en opération[modifier | modifier le code]

Vue d'artiste d'une des sondes spatiales Voyager dans l'espace.

Voyager 1 (1977–)[modifier | modifier le code]

Voyager 1 est une sonde spatiale lancée par la NASA le 5 septembre 1977. À une distance d'environ 162,7 au (24 milliards de km) au [5], c'est l'objet créé par l'homme le plus éloigné de la Terre.[6]

Selon des estimations, Voyager 1 a traversé le choc terminal le 16 décembre 2004 à une distance de 94 au du Soleil.[7] [8] Fin 2011, elle serait ensuite entrée dans une région de stagnation où les particules chargées provenant du Soleil ralentissent et rebroussent chemin, tandis que le champ magnétique du Système solaire double en intensité alors que l'espace interstellaire semble appliquer une pression. Les particules énergétiques provenant du Système solaire ont diminué de près de la moitié, tandis que les électrons à haute énergie provenant du milieu interstellaire ont été multipliés par 100. Le bord intérieur de cette région de stagnation est situé à environ 113 au du Soleil.[9] Voyager 1 aurait finalement traversé l'héliopause et entré dans le milieu interstellaire le 25 août 2012 à une distance de 121 au du Soleil, ce qui en fait le premier objet créé par l'homme à y parvenir.[10] [11]

En 2017, la sonde s'éloignait du Soleil à une vitesse de 16,95 km/s (3,58 au par an).[12] Si elle ne rencontre pas d'obstacle, Voyager 1 pourrait atteindre le nuage de Oort d'ici environ 300 ans.[13] [14]

Voyager 2 (1977–)[modifier | modifier le code]

Voyager 2, lancée par la NASA le 20 août 1977, a traversé le choc terminal le 30 août 2007. La sonde a ensuite passé l'héliopause et est entré dans l'espace interstellaire le 5 novembre 2018.[15] Au , elle se trouvait à une distance de 133,1 au de la Terre (20 milliards de km).[16] En 2013, elle s'éloignait encore du Soleil à une vitesse de 15,43 km/s (3,25 au par an).[17]

Voyager 2 devrait fournir les premières mesures directes de la densité et de la température du plasma interstellaire.[18]

New Horizons (2006–)[modifier | modifier le code]

New Horizons a été lancé le dans une trajectoire hyperbolique bénéficiant d'une assistance gravitationnelle de Jupiter en cours de route. Début 2011, elle voyageait à 3,36 au par an (15,91 km/s) par rapport au Soleil.[19] Le 14 juillet 2015, New Horizons a effectué sa mission principale de survol de Pluton à une distance d'environ 33 au du Soleil. [20] [21] Le 1er janvier 2019, elle a ensuite rencontré l'objet transneptunien (486958) Arrokoth dans la ceinture de Kuiper, à environ 43,4 au du Soleil. [22] [23] [24]

À mesure qu'elle s'éloigne du Soleil, la sonde devrait ralentir jusqu'à une vitesse de 2,5 au par an, de sorte qu'elle ne rattrapera jamais les sondes Voyager, bien qu'étant initialement plus rapide.

Sondes inactives[modifier | modifier le code]

Pioneer 10 (1972-2003)[modifier | modifier le code]

La dernière réception de télémétrie réussie de Pioneer 10 a eu lieu le 27 avril 2002, alors qu'elle se trouvait à une distance de 80,22 au, et le dernier signal de la sonde spatiale a été reçu le 23 janvier 2003, à une distance de 82 au du Soleil et voyageant à environ 2,54 au/an (12 km/s).[19]

Pioneer 11 (1973-1995)[modifier | modifier le code]

Les opérations de routine de la mission Pioneer 11 ont été arrêtées le 30 septembre 1995, alors que la sonde était à 43,4 au (6,5 milliards de km) de la Terre et se déplaçait à environ 2,4 au/an (11,4 km/s).[19]

Débris de sondes spatiales[modifier | modifier le code]

Le troisième étage de la fusée qui a lancé New Horizons, un propulseur STAR-48, suit une trajectoire de sortie du système solaire similaire à celle de New Horizons, en évitant toutefois Pluton de plusieurs millions de kilomètres.[19] Il a traversé l'orbite de Pluton en octobre 2015.[19]

Les troisièmes étages des propulseurs de Pioneer 10, Voyager 1 et Voyager 2 sont également sur des trajectoires de sortie du système solaire.

Missions proposées[modifier | modifier le code]

Starshot

En avril 2016, Breakthrough Initiatives a annoncé le programme Breakthrough Starshot, visant à développer une flotte de sondes de taille centimétrique équipées de voiles légères, les StarChip. [25] Ces sondes seraient capables d'effectuer le voyage vers Alpha Centauri, le système stellaire le plus proche, à des vitesses de 15 à 20% [26] [27] [28] de la vitesse de la lumière. Elles mettraient ainsi entre 20 et 30 ans pour atteindre le système stellaire et environ 4 ans pour informer la Terre d'une arrivée réussie.

Interstellar Express (IHP) (2019–)

L'Agence spatiale chinoise a proposé en 2019 une mission spatiale lancée en 2024 qui aurait pour but d'étudier l’héliosphère. Deux sondes utiliseraient l'assistance gravitationnelle de Jupiter et survoleraient les objets de la ceinture de Kuiper, ainsi que Neptune et Triton. Un des objectifs est d'atteindre une distance de 100 au d'ici 2049, marquant le centenaire de la fondation de la République populaire de Chine. [29]

Modèle de conception de la sonde Interstellar Probe. Les antennes s'étendent bien au-delà des limites de l’image.
Interstellar Probe (ISP) (2018–)

Une étude financée par la NASA et conduite par l'Applied Physics Laboratory a évalué les options possibles pour une sonde interstellaire. Le concept nominal serait lancé sur un SLS dans les années 2030. Il effectuerait soit un survol rapide de Jupiter, un survol propulsé de Jupiter, ou une manœuvre de périhélie et de propulsion très rapprochée, qui lui permettrait d'atteindre une distance de 1000 à 2000 au (1,5 à 3 % d’une année-lumière) en 50 ans. Les opportunités en matière d'astrophysique, de planétologie et d'exoplanétologie sont également en cours d'étude.[30]

Interstellar Heliopause Probe (IHP) (2006)

Une étude technologique publiée en 2006 par l'ESA propose une sonde interstellaire axée sur la sortie de l'héliosphère. L'objectif serait d'atteindre 200 ua en 25 ans, avec un lancement traditionnel mais une accélération par voile solaire. Les 200 à 300 kg de la sonde transporteraient une suite d' instruments incluant un analyseur de plasma, une expérience d'ondes radio plasma, un magnétomètre, un détecteur d'atomes neutres et chargés, un analyseur de poussière et un photomètre UV. L'énergie électrique proviendrait d'un RTG.[31]

Innovative Interstellar Explorer (2003)

L'Innovative Interstellar Explorer est une proposition de la NASA pour envoyer une sonde de 35 kg de charge utile scientifique à au moins 200 ua. La sonde atteindrait une vitesse de pointe de 7,8 ua par an en utilisant une combinaison de fusée lourde, d'assistance gravitationnelle par Jupiter et d'un moteur ionique alimenté par des générateurs thermiques à radio-isotopes standard. L'étude suggérait un lancement en 2014 (pour profiter de l'assistance gravitationnelle de Jupiter) afin d'atteindre 200 au vers 2044.[32]

Realistic Interstellar Explorer and Interstellar Explorer (2000–2002)

Ces études suggèrent diverses technologies comme le RTG à base d'américium-241, la communication optique (par opposition à la radio) et l'électronique semi-autonome de faible consommation. La trajectoire utiliserait une assistance gravitationnelle de Jupiter et une manœuvre d'Oberth pour atteindre 20 au/an, soit 1000 au en 50 ans et 20 000 ua en 1000 ans. La technologie nécessaire comprend une propulsion avancée et un bouclier solaire pour le passage du périhélie autour du Soleil. L’énergie solaire thermique (STP), l’énergie thermique à fission nucléaire (NTP) et les impulsions de fission nucléaire, ainsi que divers isotopes RTG ont été examinés. Les études comprenaient également des recommandations concernant une sonde solaire (voir aussi Parker Solar Probe), la technologie thermique nucléaire, une sonde à voile solaire, une sonde à 20 au/an, et une vision à long terme d'une sonde à 200 ua/an sur l'étoile Epsilon Eridani.

Cette dernière vision suggérait un réacteur à fission de 5 mégawatts utilisant 16 tonnes métriques de propulseur à dihydrogène. Visant un lancement au milieu du XXIème siècle, la sonde accélérerait jusqu'à 200 au/an pour atteindre l'étoile Epsilon Eridani après 3400 ans de voyage en l'an 5500 après JC.[33] Il s'agit cependant d'une vision de deuxième génération et l'étude reconnait que même 20 au/an pourrait être impossible avec la technologie disponible en 2002.[33] À titre de comparaison, la sonde la plus rapide au moment de l'étude était Voyager 1, à environ 3,6 au/an (17 km/s) par rapport au Soleil.[19]

Interstellar Probe (1999)

Interstellar Probe était un projet de vaisseau spatial à propulsion solaire à voile planifié par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Il était prévu d'atteindre jusqu'à 200 UA d’ici 15 ans à une vitesse de 14 UA/an (environ 70 km/s et fonction jusqu'à 400+ UA). [34] Une technologie essentielle pour la mission est un grand 1 g/m 2 voile solaire.

Mission TAU (1987)

La mission TAU (milliers d'unités astronomiques) était un projet de fusée nucléaire électrique utilisant un 1 Réacteur à fission MW et entraînement ionique avec une durée de combustion d'environ 10 ans pour atteindre une vitesse de 106 km/s (environ 20 UA/an) pour atteindre une distance de 1000 L'UA dans 50 ans. [35] L'objectif principal de la mission était d'améliorer les mesures de parallaxe des distances aux étoiles à l'intérieur et à l'extérieur de notre galaxie, les objectifs secondaires étant l'étude de l'héliopause, les mesures des conditions dans le milieu interstellaire et (via les communications avec la Terre) les tests d'ordre général. relativité. [36]

Concepts[modifier | modifier le code]

Projet Orion (1958-1965)

Le projet Orion était un projet de sonde à propulsion nucléaire pulsée qui aurait utilisé des bombes à fission ou à fusion pour appliquer une force motrice. La conception a été étudiée dans les années 1950 et 1960 aux États-Unis, avec une version de l'engin capable de voyage interstellaire.

Sonde de Bracewell (1960)

Communication interstellaire via une sonde, par opposition à l'envoi d'un signal électromagnétique.

Fusée à photons Sanger (années 1950-1964)

Eugene Sanger a proposé un vaisseau spatial propulsé par de l'antimatière dans les années 1950.[37] La poussée devait provenir de rayons gamma réfléchis produits par l’annihilation électron- positon.[37]

Vaisseau Enzmann (1964 / 1973)

Proposé en 1964 et examiné dans un numéro d'octobre 1973 d'Analog, le vaisseau Enzmann proposait d'utiliser une boule de 12 000 tonnes de deutérium gelé pour alimenter une propulsion pulsée thermonucléaire.[38] Environ deux fois plus long que l'Empire State Building et assemblé en orbite, le vaisseau spatial faisait partie d'un projet plus vaste précédé de grandes sondes interstellaires et de l'observation des systèmes stellaires cibles au télescope.[38] [39] [40]

Projet Daedalus (1973-1978)

Le projet Daedalus était un engin à propulsion nucléaire pulsée qui utilisait la fusion par confinement inertiel de petites pastilles dans une buse à champ magnétique pour fournir une force motrice. La conception a été étudiée dans les années 1970 par la British Interplanetary Society et devait survoler l'étoile de Barnard moins d'un siècle après son lancement. Les plans prévoyaient l'extraction de l'hélium-3 de Jupiter et une masse de pré-lancement de plus de 50 000 tonnes en orbite.

Projet Longshot (1987-1988)

Le projet Longshot était un engin à propulsion nucléaire pulsée qui utilisait la fusion par confinement inertiel de petites pastilles dans une buse à champ magnétique pour fournir une force motrice, de manière similaire à celle du projet Daedalus. La conception a été étudiée dans les années 1990 par la NASA et l'Académie navale américaine. L'engin a été conçu pour atteindre et étudier Alpha Centauri.

Starwisp (1985)

Starwisp est un concept hypothétique de sonde interstellaire proposé par Robert Forward.[41] [42] Il est propulsé par une voile micro-ondes, similaire à une voile solaire dans son concept, mais alimentée par des micro-ondes provenant d'une source artificielle.

Medusa (années 1990)

Medusa était un concept de vaisseau spatial proposé par Johndale C. Solem, utilisant une grande voile légère (spinnaker) entraînée par des impulsions provenant d'une série d'explosions nucléaires. Le design, publié par la British Interplanetary Society, a été étudié dans les années 1990 comme moyen de voyage interplanétaire.[43] [44] [45] [46] [47]

Starseed launcher (1996)

Le lanceur Starseed a été conçu pour lancer des sondes interstellaires de l'ordre du microgramme jusqu'à un tiers de la vitesse de la lumière.[48]

AIMStar (années 1990-2000)

AIMStar était un engin de propulsion nucléaire pulsée catalysé par antimatière qui utiliserait des nuages d'antiprotons pour initier la fission et la fusion dans les pastilles de combustible.[49] Une buse magnétique tirerait la force motrice des explosions résultantes. La conception a été étudiée dans les années 1990 par la Penn State University. L'engin a été conçu pour atteindre une distance de 10 000 au du Soleil en 50 ans.

Projet Icare (à partir de 2009)

Le projet Icare est une étude théorique de sonde interstellaire menée sous la direction de la Fondation Tau Zero (TZF) et de la British Interplanetary Society (BIS). Elle a été motivée par le projet Daedalus, une étude similaire menée entre 1973 et 1978 par la BRI. [50] Le projet devrait durer cinq ans et a débuté le 30 septembre 2009. [51]

Projet Dragonfly (2014+)

L'Initiative for Interstellar Studies (i4is) a initié en 2014 un projet travaillant sur de petits vaisseaux spatiaux interstellaires propulsés par une voile laser sous le nom de Project Dragonfly.[52] [53] Quatre équipes d'étudiants ont travaillé sur les concepts d'une telle mission en 2014 et 2015 dans le cadre d'un concours de design. [54]

Breakthrough Starshot (à partir de 2016)

En 2016, Breakthrough Initiatives a annoncé un programme visant à développer une flotte de petites sondes à voile légère dans le but d'effectuer un voyage vers Alpha Centauri. Ce programme de recherche, doté d'un financement initial de 100 millions de dollars, envisage d'accélérer les sondes jusqu'à 15 à 20 % de la vitesse de la lumière, ce qui donnerait un temps de trajet entre 20 et 30 ans.

Geoffrey A. Landis a proposé un projet de sonde interstellaire utilisant l'énergie d'une source externe (laser de la station de base) et un propulseur ionique.[55]

Sondes trans-neptuniennes[modifier | modifier le code]

Au début des années 2000, de nombreux corps planétaires relativement grands ont été découverts au-delà de Pluton sur des orbites s'étendant sur des centaines d'au au-delà de l'héliogaine (90 à 1 000 au). La sonde New Horizons de la NASA pourrait explorer cette zone après son survol de Pluton en 2015 (l'orbite de Pluton s'étendant d'environ 29 à 49 au). Ces objets incluent Eris, Haumea, Makemake et Sedna. Ces corps sont importants pour notre compréhension du Système solaire et traversent une zone auparavant réservée aux missions interstellaires ou aux sondes précurseurs. Après leurs découvertes, ces objets relèvent maintenant également du domaine des sondes interplanétaires, dont elles pourraient devenir des cibles pour des missions d'exploration,[56] comme par exemple une sonde à l'étude vers Haumea et ses lunes (à 35-51 au).[57] Un autre objectif à l'étude est l'utilisation du Soleil comme lentille gravitationnelle pour observer des cibles en dehors du Système solaire, telles que des systèmes planétaires autour d'étoiles proches, [58] bien que de nombreux défis restent à mettre en œuvre une telle mission.[59] Une telle sonde doit être placée au-delà de 550 au.

Messages interstellaires[modifier | modifier le code]

  • The Pioneer plaques are a pair of gold-anodized aluminium plaques placed on board the 1972 Pioneer 10 and 1973 Pioneer 11 spacecraft, featuring a pictorial message in case they are rediscovered
    Les plaques de Pioneer sont deux plaques en aluminium anodisé placées à bord des sondes Pioneer 10 en 1972 et Pioneer 11 en 1973. Elles comportent des pictogrammes à destination de possibles civilisations extraterrestres les découvrant.
  • The Voyager Golden Record, as included aboard the Voyager 1 and Voyager 2 spacecraft, features audio recordings and encoded pictures
    Le disque d'or de Voyager à bord des sondes Voyager 1 et Voyager 2 contient des enregistrements audio et des images codées.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ « {{{1}}} »
  2. ↑ « NASA's Eyes », NASA's Eyes (consulté le )
  3. ↑ {{Article}} : paramètre « titre » manquant, paramètre « périodique » manquant,‎
  4. ↑ Matthews, « The Close Approach of Stars in the Solar Neighborhood », Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 35, no 1,‎ , p. 1 (Bibcode 1994QJRAS..35....1M)
  5. ↑ Peat, « Spacecraft escaping the Solar System », Heavens-Above, (consulté le )
  6. ↑ « Voyager 1 leaving solar system matches feats of great human explorers | Stuart Clark », TheGuardian.com,
  7. ↑ « Voyager crosses termination shock » (consulté le )
  8. ↑ « Voyager Timeline », NASA/JPL, (consulté le )
  9. ↑ (en) « Spacecraft enters 'cosmic purgatory' », {{Article}} : paramètre « périodique » manquant,‎
  10. ↑ (en) Monte Morin, « NASA confirms Voyager 1 has left the Solar System », Los Angeles Times,‎
  11. ↑ « Report: NASA Voyager Status Update on Voyager 1 Location », NASA (consulté le )
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  13. ↑ « Catalog Page for PIA17046 », Photo Journal, NASA (consulté le )
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  20. ↑ « New Horizons Pluto Kuiper Belt Flyby »
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  40. ↑ Ian Ridpath, Messages from the Stars: Communication and Contact with Extraterrestrial Life, Harper & Row, Publishers, (ISBN 978-0-06-013589-8, lire en ligne) :

    « As long ago as 1964, Robert D. Enzmann of the Raytheon Corporation proposed an interstellar ark driven by eight nuclear pulse rockets. The living quarters of the starship, habitable by 200 people but with room for growth, ... »
  41. ↑ Forward, « Starwisp: an Ultralight Interstellar Probe », Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 22, no 3,‎ may–june 1985, p. 345–350 (DOI 10.2514/3.25754, Bibcode 1985JSpRo..22..345F)
  42. ↑ Landis, Geoffrey A. (July 17–19, 2000). "Microwave Pushed Interstellar Sail: Starwisp Revisited," paper AIAA-2000-3337, presented at the AIAA 36th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Huntsville AL. (abstract)
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  44. ↑ Solem, « Nuclear explosive propulsion for interplanetary travel: Extension of the MEDUSA concept for higher specific impulse », Journal of the British Interplanetary Society, vol. 47,‎ , p. 229–238 (ISSN 0007-084X, Bibcode 1994JBIS...47..229S)
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  59. ↑ A Space Mission to the Gravitational Focus of the Sun,MIT Technology Review, April 2016 (access date 28 April 2016)

Lectures complémentaires[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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