Les ingénieurs aérospatiaux du Massachusetts Institute of Technology (MIT) testent un nouveau concept de véhicule spatial flottant, qui lévite en profitant de la charge naturelle de la Lune. Sur la base de ce projet, un rover en lévitation pourra explorer le satellite naturel de la Terre, les astéroïdes et d’autres surfaces planétaires sans air dans le futur.
Parce qu’elle n’a pas d’atmosphère, la Lune et d’autres corps sans air – tels que les astéroïdes – peuvent créer un champ électrique par exposition directe au Soleil et au plasma environnant. Sur la Lune, cette charge de surface est suffisamment puissante pour faire léviter la poussière à plus d’un mètre du sol (de la même manière que l’électricité statique peut faire dresser les cheveux sur la tête).
Des ingénieurs de la NASA et d’ailleurs ont récemment proposé d’exploiter cette charge de surface naturelle pour faire léviter un planeur avec des ailes en mylar. Ce matériau est constitué d’un film polyester résistant à la chaleur et aux propriétés isolantes, qui a naturellement la même charge que les surfaces des corps sans air.
Le véhicule concept de recherche du MIT ressemble à une soucoupe volante de « style rétro ». Il utilise de minuscules faisceaux d’ions comme propulseurs et pour augmenter la charge naturelle de la surface. L’effet global est conçu pour générer une force de répulsion relativement importante entre le véhicule et le sol, d’une manière qui nécessite très peu d’énergie.
Image : Divulgation/MIT
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Faisceaux d’ions pour véhicule en lévitation
Dans une première étude de faisabilité, les chercheurs ont noté que la charge ionique devrait être suffisamment forte pour faire léviter un petit véhicule pesant un peu plus de 90 grammes sur la Lune et de gros astéroïdes tels que Psyché. Le projet de l’équipe d’ingénieurs du MIT utilise des propulseurs ioniques miniatures, connectés à un réservoir contenant du liquide ionique sous forme de sel fondu à température ambiante. Lorsqu’une tension est appliquée, les ions dans le liquide sont chargés et émis avec une certaine force sous forme de faisceau à travers les buses.
Pour tester l’idée, l’équipe a d’abord modélisé un petit rover en forme de disque avec des propulseurs ioniques qui chargeaient le véhicule seul. Les chercheurs ont modélisé les propulseurs pour envoyer des ions chargés négativement hors du rover, lui donnant une charge positive, similaire à la surface de la Lune.Cependant, il a été observé que cela n’était pas suffisant pour faire décoller le véhicule.
En pointant des propulseurs supplémentaires vers le sol et en envoyant des ions positifs pour amplifier la charge de surface, l’équipe a conclu que la poussée pourrait produire une plus grande force contre le rover, suffisamment pour le faire léviter. Les ingénieurs ont proposé un modèle mathématique simple pour le scénario et ont constaté qu’en principe, cela pouvait fonctionner.
Sur la base de ce modèle simple, l’équipe du MIT a prédit qu’un petit rover, pesant environ un kilogramme, pourrait atteindre une lévitation à environ un pouce du sol, sur un gros astéroïde comme Psyché, en utilisant une source d’ions de 10 kilovolts. Pour réaliser un décollage similaire sur la Lune, le même rover aurait besoin d’une source de 50 kilovolts.
Essais en laboratoire
Pour s’assurer que le modèle représente ce qui pourrait se passer dans un environnement réel dans l’espace, les chercheurs ont exécuté un scénario simple en laboratoire. Ils ont développé un petit véhicule de test hexagonal, pesant environ 60 grammes et mesurant à peu près la taille de la paume d’une personne.
Un propulseur ionique pointant vers le haut et quatre pointant vers le bas ont été installés, puis les chercheurs ont suspendu le véhicule sur une surface en aluminium avec deux ressorts calibrés pour contrer l’attraction gravitationnelle de la Terre. L’ensemble de la configuration a été placé à l’intérieur d’une chambre à vide pour simuler l’environnement sans air de la Lune et des astéroïdes.
Image : Schéma de configuration du test – Reproduction/SciTechDaily
Les chercheurs ont également suspendu une tige de tungstène aux ressorts de l’expérience et ont utilisé son déplacement pour mesurer la force produite par les propulseurs à chaque fois qu’ils étaient déclenchés. Ils ont appliqué diverses contraintes aux propulseurs et mesuré les forces résultantes, qu’ils ont ensuite utilisées pour calculer à quelle hauteur le véhicule seul aurait pu léviter.
Les résultats expérimentaux correspondaient aux prédictions du même scénario de modèle. En d’autres termes, les prévisions de survol d’un rover au-dessus de l’astéroïde Psyché ou de la Lune se sont avérées réalistes.
Avantages d’un véhicule spatial flottant
Le modèle actuel est conçu pour prédire les conditions nécessaires pour réaliser simplement la lévitation (dans ce cas, le véhicule de 90 grammes a lévité à environ 1 centimètre du sol). Les propulseurs ioniques pourraient générer plus de force à une tension plus élevée pour soulever un véhicule plus haut.
“Avec un vaisseau spatial en lévitation, vous n’avez pas à vous soucier des roues ou des pièces mobiles”, explique Paulo Lozano, ingénieur en aérospatiale, professeur au MIT et l’un des co-auteurs du projet. “Le terrain d’un astéroïde peut être totalement inégal, et tant que vous disposez d’un mécanisme contrôlé pour maintenir votre rover à flot, vous pouvez traverser un terrain très accidenté et inexploré sans avoir à esquiver physiquement.
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