La quête de l’humanité pour explorer – et peut-être éventuellement coloniser – l’espace extra-atmosphérique a suscité de nombreuses idées sur la manière précise de s’y prendre.
Alors que la sagesse conventionnelle suggère que le lancement spatial via des fusées est le meilleur moyen d’envoyer des êtres humains en orbite, d’autres méthodes « sans fusée » ont été proposées, notamment un « ascenseur spatial » futuriste.
Selon Alberto de la Torre, professeur adjoint de physique à Northeastern.
« Les systèmes de lancement actuels sont pour la plupart à usage unique et dépassent généralement 10 000 dollars par kilogramme de charge utile, soit un total d’environ 60 millions de dollars par lancement », explique de la Torre. « C’est ici que les ascenseurs spatiaux sont attrayants. »
Imaginé pour la première fois par le spécialiste russe des fusées Konstantin Tsiolkovsky à la fin du XIXe siècle, l’ascenseur spatial s’étendrait du sol à travers l’atmosphère, puis dépasserait « l’orbite géostationnaire », une altitude à laquelle les objets dans l’espace – attirés par la gravité terrestre – orbitent plus ou moins. moins en tandem avec sa rotation. L’orbite géostationnaire se situe à environ 22 236 milles au-dessus de la surface de la Terre.
En effet, un câble descendrait d’une structure satellite ancrée sur une orbite géostationnaire qui ferait office de « contrepoids » jusqu’à la Terre.
Théoriquement, un satellite positionné au-delà de l’orbite géostationnaire agirait pour stabiliser le câble grâce à une combinaison de forces : l’attraction gravitationnelle de la Terre, qui exercerait sur lui une force vers le bas depuis le sol, et la force centrifuge de sa rotation, qui exercerait une force vers le haut. force sur le câble depuis l’espace. L’interaction des forces créerait une tension idéale, une tension, nécessaire pour maintenir un câble d’une telle longueur, explique de la Torre.
« L’élément clé d’un ascenseur spatial est son câble, positionné à l’équateur terrestre et synchronisé avec la rotation de la Terre », explique de la Torre.
Aucune preuve de concept n’existe pour un ascenseur spatial. Bien qu’il y ait eu plusieurs tentatives de conception architecturale, y compris une conception primée par un architecte britannique qui a récemment porté un prix à six chiffresde nombreux obstacles techniques ont maintenu l’ascenseur spatial hors de portée pendant des décennies.
« Un câble d’une telle longueur [more than 22,236 miles above the Earth] n’est pas réalisable avec des matériaux standards », explique de la Torre. « S’il est fabriqué en acier, la tension maximale à laquelle il est confronté en orbite géostationnaire dépasse de plus de 60 fois sa résistance à la traction. »
Pour un ascenseur spatial basé sur Terre, les stratégies visant à réduire les forces de traction, ou la capacité d’un matériau à résister à la tension, sont cruciales, dit-il.
Mais certains matériaux sont prometteurs. Les nanotubes de nitrure de bore, les nanofils de diamant et le graphène – tous des matériaux à « faible densité et haute résistance à la traction » – pourraient faire l’affaire, dit de la Torre.
« Les nanotubes de carbone sont proposés comme matériau idéal en raison de leur haute résistance à la traction », explique-t-il. « Des recherches récentes ont soulevé des inquiétudes quant à la faisabilité de traduire leurs propriétés à l’échelle nanométrique en mégastructures. »
À long terme, la promesse de l’ascenseur spatial réside dans sa capacité à rendre les voyages dans l’espace beaucoup plus économiques. « Le coût du placement d’une charge utile au-delà d’une orbite géostationnaire peut être réduit à quelques centaines de dollars par kilogramme », explique de la Torre.
« Bien que l’investissement initial dans un ascenseur spatial puisse être substantiel, comparable aux dépenses de développement et de mise en orbite du télescope spatial James Webb, les coûts pourraient être récupérés après le lancement réussi de quelques tonnes de charge utile », dit-il.
« Avec l’évolution continue des sciences des matériaux, de la technologie et de l’ingénierie spatiales, le concept d’ascenseurs spatiaux ne devrait pas être exclu dans un avenir pas si lointain », déclare de la Torre.
Jusqu’à ce que ces percées dans la science des matériaux arrivent, l’ascenseur spatial ne continuera peut-être qu’à servir de fourrage aux passionnés de science-fiction.
« En substance, les ascenseurs spatiaux promettent de transformer l’humanité en une civilisation spatiale », déclare de la Torre. « Ils pourraient constituer une voie sûre et rentable pour mettre en orbite les lourdes charges utiles nécessaires à d’hypothétiques stations spatiales, à l’exploitation d’astéroïdes ou au développement d’habitats extraterrestres. »
Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de Northeastern Global News news.northeastern.edu.