Propulsion photonique - Définition

Postulat

" Tendez vos mains au Soleil, que sentez-vous ? La chaleur, bien sûr. Mais il y a aussi la pression. Vous ne vous en rendez même pas compte, tant elle est faible, à peine un millionième d'once à la surface de vos paumes, mais dans l'espace même une quantité aussi négligeable peut devenir importante, parce qu'elle agit tout le temps, chaque heure, chaque jour. Et ce n'est pas comme pour le propergol, elle ne coûte rien et il y en a tant que l'on veut. On a les moyens de l'utiliser. Nous pouvons construire des voiles qui capteront le rayonnement du Soleil ".

Citation : Le vent du Soleil, Arthur C. Clarke

Introduction

Nous nous sommes faits à l'idée, au vu des engins spatiaux actuels, qu'une propulsion efficace se traduisait par des moteurs très puissants fonctionnant en temps limité, avec des ergols et une combustion à forte vitesse d'éjection. Pourtant la mécanique générale prouve bien qu'une force très faible agissant en continu, ou sur un temps très long, peut générer des variations importantes de vitesse et générer des modifications notables de la forme de l'orbite.

On a donc pensé à utiliser la lumière du Soleil pour propulser un engin spatial à la façon d'un voilier. D'où leur désignation de Photovoile ou Voilier solaire.

Historiquement, une compétition avait été prévue, mettant en concurrence les grands pays de l'industrie spatiale, d'une course de la Terre vers la Lune. Le point de départ était l'orbite géostationnaire, la propulsion imposée uniquement photonique, le vainqueur aurait été le premier à photographier la face cachée de la Lune. Elle ne s'est pas faite faute de crédits.

Des regroupements d'intérêt pour la promotion de ce type de propulsion, ont vu le jour : U3P (Union pour la promotion de la propulsion photonique) ou encore VSE (Voilier solaire européen).

Théorie

D'après une documentation U3P sur 100 photons éclairant la surface le bilan est le suivant :

10 restants sont absorbés mais réémis en infrarouge, 6 normalement à la face éclairée, 4 normalement à la face non éclairée

Une modélisation précise s'impose donc, dans la réalité, pour donner la direction de la pression photonique. Mais la part essentielle de la poussée est due à la réflexion spéculaire, avec donc un rendement r de l'ordre de 85%. Dans toute la suite nous "oublierons" les 15% de photons non spéculaires.

Application numérique : Rendement 1, D=1 UA, c=3 108 m/s, Wo=1353 W/m² , y=0 > p= 9.10^-6 Pa.

Pour obtenir une poussée de 1 Newton, il faut éclairer une surface de 111 111 m² soit 11 ha.

La propulsion photonique est donc loin de pouvoir battre des records de vitesse au démarrage mais elle a le mérite d'être tout à fait réalisable. Elle donne aux occupants une source d'énergie, certes faible, mais inépuisable. Et pour ne rien gacher elle est entièrement non-polluante.