Comment construire Manhattan dans l’espace
Le vrai problème avec l’espace est qu’il n’y en a pas assez, du moins pas quand il s’agit d’endroits où mettre les gens. Avec des milliardaires finançant leurs propres programmes spatiaux et des investisseurs versant de l’argent dans de nouvelles start-ups visant à construire une véritable économie spatiale, des millions d’humains pourraient finir par travailler et vivre loin de la Terre dans un siècle ou deux. Si cela se produit, toutes ces personnes auront besoin d’un endroit où vivre. Mais pour l’instant, aucun futur capitaine de l’industrie spatiale n’a proposé de plan de logement viable.
Mars, qui attire beaucoup l’attention en tant que point zéro pour l’avenir de l’humanité, n’est vraiment qu’un bon endroit pour mourir. La planète rouge est un désert gelé avec une atmosphère mince et aucun champ magnétique protecteur. La menace du rayonnement solaire à haute énergie est si extrême que les villes devraient être construites sous terre ou recouvertes de dômes épais. Et la surface de Mars (ou de n’importe quelle planète ou lune) se trouve au fond d’un puits gravitationnel profond (c’est-à-dire une région à haute gravité) dont les fusées doivent sortir ou descendre avec précaution. Cela rend les visites entre la surface et l’espace une proposition coûteuse : il faut beaucoup de carburant de fusée pour monter et descendre ces puits, et le carburant de fusée ne pousse pas sur les arbres (et les arbres ne poussent pas sur Mars).
Tout effort sérieux pour vivre en dehors de la Terre devra aller au-delà des destinations immédiatement évidentes telles que Mars. Il existe des options qui n’impliquent pas les grandes dépenses liées à l’escalade des puits de gravité et le grand danger de les retomber à nouveau. Sur la base de travaux récents, mes collègues et moi avons peut-être trouvé un candidat sans aucun des problèmes délicats de Mars. Si nous avions raison, notre véritable avenir dans l’espace pourrait ne pas être à la surface des planètes, mais à l’intérieur des astéroïdes.
La NASA a envisagé des options non planétaires et non lunaires pour nos futurs logements spatiaux dès le début des années 1970, lorsqu’elle a commencé à explorer des conceptions d’habitats spatiaux. Puis, en 1976, le physicien de Princeton Gerard K. O’Neill a publié La haute frontière : les colonies humaines dans l’espace. Le livre, qui est devenu un classique instantané, était plein de plans de villes spatiales permanentes contenues dans des cylindres de métal brillant, dont le plus grand mesurait 20 miles de long et quatre miles de large.
Ces cylindres ONeill ont résolu le problème le plus important et le plus fondamental de ne pas vivre sur une planète : l’absence de gravité. La recherche indique que lorsque les gens vivent en apesanteur pendant plus de quelques mois, leurs globes oculaires se gonflent, leurs rétines peuvent se détacher, leurs muscles s’atrophient et leurs os deviennent cassants. Bien qu’il n’y ait pas beaucoup de données sur le problème, les preuves suggèrent que les humains peuvent avoir besoin d’environ un tiers de la gravité terrestre pour fonctionner correctement. C’est l’une des raisons pour lesquelles des gens comme Elon Musk sont si optimistes sur Mars : sa gravité de surface est juste au-dessus de cette limite d’un tiers. Un cylindre ONeill ne serait pas assez massif pour générer une gravité importante, mais ONeill les a conçus pour tourner autour de leur axe long, produisant une force centrifuge semblable à la gravité. Les résidents vivraient heureux sur la surface intérieure des cylindres, tirés vers le bas loin du centre.
Les superbes œuvres d’art qui accompagnaient les conceptions d’ONeill montraient des communautés futuristes au milieu de magnifiques parcs paysagers où l’horizon s’incurvait vers le haut. Les images ont enflammé l’imagination d’une génération de nerds de l’espace, y compris moi et, plus particulièrement, Jeff Bezos, qui possède la société de fusées Blue Origin et est un grand fan des habitats spatiaux. Mais les cylindres ONeill ont un problème crucial : faire remonter des millions de tonnes de matières premières à partir d’un puits gravitationnel (même peu profond comme les lunes) et les transformer ensuite en poutres d’acier, fermes et éléments essentiels de construction serait d’un coût prohibitif. J’ai vu une estimation de 100 billions de dollars par cylindre.
On pourrait éventuellement obtenir le matériau d’astéroïdes, qui n’ont pas de gravité significative. Mais même après avoir broyé les astéroïdes, vous auriez encore besoin d’usines spatiales géantes pour transformer les matières premières extraites en cylindres ONeill. Ce ne serait pas bon marché non plus. La seule chose que les astéroïdes ont pour eux est leur quantité : des milliers de montagnes spatiales volantes tournent autour d’orbites qui passent près de la Terre. En fait, si vous y réfléchissez, c’est beaucoup de biens immobiliers potentiels.
Pour être clair, nous ne pouvons pas vivre sur astéroïdes (trop peu de gravité, trop de rayonnement). Et nous ne pouvons pas vivre dans des tubes métalliques fait des astéroïdes (trop cher). Mais il peut y avoir une troisième option : vivre à l’intérieur astéroïdes.
C’est une idée que les auteurs de science-fiction, au moins, ont remarquée depuis plus d’une décennie. Les roches spatiales évidées, mises en rotation pour générer la force centrifuge, jouent un rôle central dans la série télévisée d’Amazon L’étendue (basé sur la série de livres du même nom). Dans cet avenir fictif, environ 100 millions de Belters vivent dans des villes astéroïdes, où les épaisses parois rocheuses offrent une protection gratuite et naturelle contre le rayonnement solaire à haute énergie. (L’étendue est sur Amazon pour une raison : Bezos a tellement aimé la série qu’il l’a sauvée de l’annulation de la chaîne Syfy).
Mais la science-fiction est une chose ; les lois de la physique en sont une autre. Moi et mes collègues de l’Université de Rochester voulions savoir si les habitats d’astéroïdes étaient vraiment une possibilité. Au cours des prochains siècles, les humains pourraient très bien disposer de la technologie pour creuser de grands espaces de vie dans un astéroïde et le faire tourner. Mais lorsque ma collègue Alice Quillen, une experte en astéroïdes, et moi-même avons effectué les calculs de ce plan, nous avons constaté que faire tourner un gros astéroïde assez rapidement pour créer une gravité artificielle fissurerait et fracturerait la matrice rocheuse de l’astéroïde, entraînant l’éclatement de l’astéroïde. En tant que grand fan de L’étendue, j’ai été déçu par ce résultat. Mais Alice a proposé une autre approche.
Il s’avère que la plupart des astéroïdes ne sont pas des roches solides. Ceux qui mesurent moins de 10 kilomètres de diamètre environ sont un mélange de sable, de cailloux, de roches et de rochers maintenus ensemble par la faible force de leur propre gravité. Faire tourner un tel corps enverrait ses composants voler dans l’espace immédiatement, à moins que, comme l’a souligné Alice, vous ne puissiez les maintenir ensemble. Tout ce dont nous avions besoin était un très grand sac.
Imaginez un essaim de robots s’approchant de l’un de ces astéroïdes en tas de gravats et le recouvrant d’une sangle élastique ultra-résistante et ultra-légère. (Les nanofils de carbone, qui peuvent être aussi fins que quelques atomes, sont une bonne option. Ils ne sont actuellement produits qu’en petites quantités, mais nous pourrions les fabriquer en masse à l’avenir.) Une fois le sac en forme de cylindre installé, l’astéroïde pourrait ensuite être lentement filé via des moteurs-fusées ancrés profondément dans les décombres. Au fur et à mesure que le tas de décombres tourne plus vite, il commence à projeter ces cailloux, roches et rochers, poussant la toile de nanofils de carbone vers l’extérieur avec eux.
À un moment donné, le sac atteindrait son extension maximale et les décombres en expansion claqueraient dans une sangle désormais rigide. Les débris jetés dans le sac tendu seraient compactés, formant un cylindre de béton géant et creux. Une fois la poussière dégagée, les villes, les villes, les parcs et les terres agricoles pourraient tous être construits sur la surface intérieure du cylindre, tout comme dans les conceptions d’ONEills. Cette surface pourrait être entourée d’un toit transparent pour tenir dans une atmosphère; imaginez un pneu de vélo avec du plastique transparent faisant le tour de la circonférence intérieure. À l’extérieur de l’espace de vie, les épais murs de béton protégeraient des radiations.
Dirigé par un doctorat en ingénierie très intelligent. étudiant du nom de Peter Miklavcic, notre équipe a effectué une série de simulations pour étudier le plan. Cela a semblé fonctionner : nos modèles ont montré qu’un petit astéroïde en tas de décombres, d’à peine quelques terrains de football, pouvait être étendu à un habitat spatial cylindrique d’environ 22 miles carrés de surface habitable. C’est à peu près la taille de Manhattan, où vivent actuellement plus de 1,5 million de personnes. Multipliez cela par les dizaines de milliers d’astéroïdes du système solaire, et L’étendues 100 millions d’habitants de l’espace pourraient être facilement logés.
Les humains n’ont pas encore la technologie pour construire des villes d’astéroïdes. Il est également possible que nous n’ayons jamais le type d’infrastructure spatiale industrielle nécessaire pour concrétiser cette idée. Il ne sera peut-être pas possible de fabriquer suffisamment de nanofils de carbone pour fabriquer les sacs d’astéroïdes. Peut-être que les systèmes sociaux sont instables dans des habitats fermés en permanence. Ce sont toutes des possibilités. Mais le document résumant nos résultats, que nous avons publié l’année dernière, suggère que le plan global est viable. Les technologies que nous avons proposées n’enfreignent aucune loi de la physique ; ce sont des extrapolations raisonnables des capacités dont nous disposons actuellement. De telles extrapolations peuvent sembler fantaisistes, mais elles s’avèrent plus souvent vraies que vous ne le pensez. Rappelez-vous qu’en 1900, personne n’avait jamais piloté un avion. Maintenant, alors que vous lisez ceci, des centaines de milliers de personnes se précipitent en toute sécurité à cinq miles au-dessus du sol à des centaines de miles à l’heure.
Peut-être que les générations futures iront de l’avant avec les colonies de Mars de toute façon, décidant de laisser tomber des puits de gravité perfides et de tenter leur chance dans un désert impitoyable. Mais je préfère imaginer le système solaire parsemé de milliers de villes astéroïdes, chacune étant un joyau tournoyant de créativité et de promesses humaines.