Laser de puissance et voile solaire...

[ecolami]

Bonjour,
On sait que la lumière peut exercer une (faible) poussée sur une voile; dans l'espace on a expérimenté des voiles solaires. La masse du soleil est infinie par rapport à la poussée sur la voile.
Dans le dernier Science & Vie ce concept de propulsion est repris: il s'agit d'avoir (en orbite ? Ou un point de Lagrange) un laser de très grande puissance 65GW (!!!) et de diriger le faisceau vers une voile de 3.5km (km² ?? ce n'est pas précisé) solidaire d'un vaisseau spatial d'une tonne. Ainsi serait-il possible d'atteindre notre plus proche étoile en 40 ans. il s'agit bien entendu de fiction pour le moment. L'argument avancé pour ce projet serait que la source d'énergie du vaisseau serait fixe et proche de la terre et que donc l'énergie serait transmise par la lumière. La source d'énergie pour le laser proviendrait des panneaux solaires (de surface suffisante pour alimenter un systeme laser de 65 GigaWatt >c'est énorme)
Ce projet amène a plusieurs questions:
1°Rien n'est dit de la force de recul qu'on imagine en réaction de la poussée. Pour moi c'est vraiment un mystère parce que je ne conçois pas qu'il puisse y avoir une telle force alors que la loi de Lorentz Action - Réaction la prévoit. Mais pour que ce soit possible il faudrait une liaison qui puisse réagir en réaction de l'emetteur.
2° Il me parait impossible de focaliser un faisceau (même laser) sur des distances intersidérales.
3° L'ensemble des projets pour atteindre des étoiles (enfin des planètes autour!) prévoit toujours les moyens de propulsion pour augmenter la vitesse mais jamais rien pour la freiner à l'arrivée: donc arrivés a leur destination les vaisseaux ne pourraient que passer devant à des vitesses immenses ou s'écraser sur un astre. A priori une mise en orbite ne serait pas possible avec des vitesses d'approche aussi grandes.
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[phys4]

Ce mode de déplacement me rappelle plusieurs romans de science fiction, dont l'un des plus célèbres.
L'auteur utilisait une batterie de lasers au lacement, puis la lumière de l'étoile d'arrivée pour freiner et contrôler sa trajectoire.

Il faut d'abord connaitre la surface de la voile solaire, et celle ci est imposée par le freinage final. Pour freiner une vitesse de l'ordre du 1/10 de la lumière il faut que la lumière agisse pendant plus de 10 milliards de km, afin d'avoir encore une fraction de g à une distance supérieure à celle de Pluton.
Pour une étoile telle que le Soleil, il faudrait une voile solaire ayant 5 millions de km2 par tonne de vaisseau, pour un vaisseau de quelques centaines de tonnes cela représente une voile plus grande que le Terre !
Il est indispensable de varier la surface utile car la force serait trop différente entre 100 millions de km et 10 milliards.

Si l'étoile suffit pour le freinage alors l'étoile de départ suffira aussi pour le lancement et je ne vois pas pourquoi il faudrait une batterie de lasers.
Qu'en pensez vous?

[ecolami]

Ce mode de déplacement me rappelle plusieurs romans de science fiction, dont l'un des plus célèbres.
L'auteur utilisait une batterie de lasers au lancement, puis la lumière de l'étoile d'arrivée pour freiner et contrôler sa trajectoire.

Il faut d'abord connaitre la surface de la voile solaire, et celle ci est imposée par le freinage final. Pour freiner une vitesse de l'ordre du 1/10 de la lumière il faut que la lumière agisse pendant plus de 10 milliards de km, afin d'avoir encore une fraction de g à une distance supérieure à celle de Pluton.
Pour une étoile telle que le Soleil, il faudrait une voile solaire ayant 5 millions de km2 par tonne de vaisseau, pour un vaisseau de quelques centaines de tonnes cela représente une voile plus grande que le Terre !
Il est indispensable de varier la surface utile car la force serait trop différente entre 100 millions de km et 10 milliards.

Si l'étoile suffit pour le freinage alors l'étoile de départ suffira aussi pour le lancement et je ne vois pas pourquoi il faudrait une batterie de lasers.
Qu'en pensez vous?

Bonsoir,
Il faut un laser ou un moyen de focaliser la lumière sur la voile qui permette de garder une concentration lumineuse sur une distance intersidérale. Avec un laser c'est possible sur des grandes distances, mais quant à savoir si ce l'est sur cette gamme de distance j'ai un gros doute.
D'ailleurs il faudrait sans doute réussir a synchroniser en phase un ensemble de sources pour atteindre la puissance (colossale) de 65 GigaWatt. (Soit dit en passant il ne faudrait pas qu'un tel laser soit détourné de son usage pour en faire une arme de destruction massive..)

[phys4]

Comme l'impératif est de pouvoir freiner à l'arrivée, je n'ai pas examiné complétement le problème du laser. Il faut d'abord voir que 65 GW ne donneront sur une voile réfléchissante qu'une poussée de 430N.
c'est très faible pour pousser un vaisseau spatial.
Si l'on suppose un énorme miroir de focalisation de 1000m de diamètre, le faisceau rester cylindrique sur 1 milliard de km et il peut être utiliser jusque 100 milliards de km sur une voile 100 km de diamètre.

On remarquera que sur cette surface de voile, le Soleil devient plus efficace qu'un laser.
Pour produire une poussée valable pour un vaisseau spatial interstellaire il faut des centaines de KN, donc une puissance utile qui se compte en TW plutôt qu'en GW.
Pour supporter la poussée de réaction il faut que le laser soit installé sur la Lune ou un gros astéroïde.

La laser permet une voile plus petite, mais la difficulté du freinage à l'arrivée impose de pouvoir la puissance de l'étoile car il ne sert à rien de se lancer à une fraction de la vitesse de la lumière si l'on ne plus s’arrêter.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ecolami]

Bonjour,
Comme je suis chimiste je n'ai pas les connaissances suffisantes et le projet qui était décrit me paraissait n'être que de la science fiction. Je n'avais pas imaginé utiliser l'astre cible pour une phase de freinage. Mais étant donné les très faibles forces en jeu cela rallongerait considérablement la durée du voyage. Il n'est pas sûr du tout que l'énergie de freinage suffise si dans la phase d'accélération on a employé une source artificielle d'énergie.

La question de la force de recul n'est pas tranchée et c'est ce qui m'intéresse le plus. J'ai lu sur d'autres discussions que le photon n'avait certes pas de masse mais qu'il avait une quantité de mouvement à l'origine de la pression de radiation. Cette explication ne permet pas, me semble-t-il d'établir l'existence d'une d'une force de recul équivalente à la pression de radiation. A moins que tout se joue lors de l'émission des photons??

[phys4]

J'ai répondu en partie au problème de la poussée en réaction : il faudrait mettre l'émetteur sur le Lune ou un astéroïde. Le contrôle de l'effet en sera facilité et n'aura pas de conséquence importante.

Il faut remarquer que cette poussée n'est que la moitié de la poussée sur le vaisseau stellaire.

[ecolami]

Bonsoir,
Ce que j'ai du mal a concevoir avec la force de recul c'est s'il y a une différence, au niveau de la source d'émission entre un rayon qui part à l'infini sans aller pousser une voile et le même rayon qui pousserait la voile.
S'il y a une différence il faudrait trouver une explication à l'éffet rétroactif: là je ne sais pas comment aborder le problème.

[phys4]

Il n'y aucune différence dans la force de recul que la voile existe ou n'existe pas.
Le recul correspond à l'impulsion transmise au faisceau lumineux. Cette impulsion peut être utilisée ou non, cela ne modifiera pas le recul.

Ce serait comme un fusil : quand il tire il existe un recul correspondant à l'impulsion de la balle, ce recul existe que la balle touche une cible ou non.