Des idées de science-fiction qui pourraient changer l’avenir de l’exploration spatiale

(CNN) L’année dernière, un petit hélicoptère a volé sur Mars, un vaisseau spatial de la NASA a percuté un astéroïde et le télescope spatial James Webb a révélé de nouvelles perspectives éblouissantes sur l’univers.

Commençant il y a des décennies comme des idées qui ressemblaient davantage à de la science-fiction, ces missions ont nécessité des années de recherche et de tests pour prendre vie.

Les progrès technologiques et les percées scientifiques ont transformé notre façon d’observer et d’étudier le cosmos. Comment l’exploration spatiale va-t-elle évoluer dans les décennies à venir et quelles nouvelles possibilités vont émerger ?

Ces questions sont au cœur du programme Innovative Advanced Concepts de la NASA, ou NIAC, qui accorde des financements pour des concepts qui pourraient faire partie de futures missions.

« La NASA ose rendre l’impossible possible », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson, dans un communiqué. « Ce n’est réalisable que grâce aux innovateurs, aux penseurs et aux acteurs qui nous aident à imaginer et à préparer l’avenir de l’exploration spatiale. Le programme NIAC aide à donner à ces scientifiques et ingénieurs avant-gardistes les outils et le soutien dont ils ont besoin pour stimuler la technologie qui permettre les futures missions de la NASA. »

Le dernier concours NIAC a sélectionné 14 nouveaux concepts, attribuant chacun 175 000 $ en janvier. Maintenant, ces chercheurs ont neuf mois pour utiliser ce financement pour affiner et tester leurs idées pour voir s’ils peuvent passer à la deuxième phase de financement, qui est de 600 000 $ pour étoffer leurs concepts et les rapprocher de la réalité.

Seuls cinq projets sont parvenus à la troisième phase pendant le programme NIAC, 2 millions de dollars pour rendre quelque chose réalisable.

Actif depuis 2011, le programme compétitif est ouvert à un large éventail d’idées tant qu’elles sont techniquement crédibles, a déclaré Michael LaPointe, responsable du programme NIAC à la NASA.

Certains des derniers concepts financés par le NIAC incluent un télescope spatial fluide, des briques à croissance automatique destinées à Mars et un avion qui pourrait voler sur Titan, la lune de Saturne, entre autres. De nombreuses idées sont le résultat de collaborations créatives entre experts de différents domaines qui se défient mutuellement pour trouver de nouvelles idées.

« C’est vraiment une communauté d’innovateurs », a déclaré LaPointe. « Nous recherchons des idées qui permettront à de tout nouveaux manières de faire les choses. »

Briques à croissance automatique pour Mars

Au cours des dernières années, Congrui Jin et son groupe de recherche ont utilisé des bactéries et des champignons pour réparer les fissures dans le béton. Jin, professeur adjoint à l’Université du Nebraska-Lincoln, aujourd’hui veut emmener son idée dans l’espace. Ses briques à croissance automatique pourraient un jour construire des habitats et d’autres structures pour les explorateurs humains sur la planète rouge.

Le concept consisterait à envoyer des spores bactériennes et fongiques et un bioréacteur sur Mars. Le bioréacteur est nécessaire à la survie des microbes car l’environnement naturel de Mars serait trop dur pour eux. Mais Mars fournirait le reste des ingrédients nécessaires aux briques auto-croissantes, y compris la poussière et le sol, la lumière du soleil, l’azote, le dioxyde de carbone et l’eau de la glace fondue.

À leur tour, les bactéries peuvent produire de l’oxygène et du carbone organique pour soutenir les champignons. Le processus, une fois que tous ces ingrédients sont à l’intérieur du bioréacteur, créerait également du carbonate de calcium pour servir de colle.

Les bactéries, les champignons et les minéraux lieront le sol martien pour former des blocs, qui pourront ensuite être utilisés pour fabriquer des sols, des murs et même des meubles.

Le groupe de Jin, qui comprend des étudiants, sélectionne les types de champignons et de bactéries les plus appropriés et teste ceux qui fonctionnent le mieux ensemble. L’équipe construit également un bioréacteur pour calibrer l’atmosphère, la pression, la température et l’éclairage requis pour faire pousser les briques.

« La caractéristique très importante de cette technologie est sa nature autonome, et elle ne nécessite aucune intervention humaine », a déclaré Jin. « Nous avons d’abord juste besoin de fournir de petites quantités de spores pour démarrer ce processus, et le reste est automatique. »

Vol TitanAir

Titan, la lune de Saturne, intrigue depuis longtemps les astronomes avec son atmosphère épaisse et ses lacs et rivières de méthane. C’est un endroit unique dans notre système solaire dans lequel la chimie qui se déroule peut être similaire à ce qui s’est passé sur la Terre primitive. Un drone de la taille d’un rover appelé Dragonfly devrait être lancé sur cette lune en 2027 pour étudier sa matière organique à grain fin et plus sèche.

Quinn Morley, chercheur principal chez Planet Enterprises à Gig Harbor, Washington, et ses collaborateurs de la Washington State University et d’autres institutions envisagent une approche complémentaire Mission Titan pour explorer le régions plus humides de la lune intrigante. La conception semblable à un hydravion, appelée TitanAir, survolerait l’atmosphère de Titan et naviguerait sur ses lacs.

TitanAir pourrait atteindre la lune environ une décennie après Dragonfly « pour aider à découvrir les secrets clés de cette planète extraterrestre », a déclaré Morley.

La partie avant de l’aile de l’avion « boirait » le méthane liquide qui se forme à la surface de l’aile lorsque l’avion vole à travers les nuages ​​de pluie. Le liquide recueilli à l’intérieur de l’aile pourrait être analysé par des instruments et retransmis vers la Terre.

Un petit rover ou un hélicoptère pourrait voler vers des endroits l’avion ne peut pas atteindre et ramener des échantillons dans l’avion. À partir de l’automne, Morley souhaite s’associer aux équipes de conception d’étudiants en génie de l’État de Washington sur des idées pour TitanAir.

« L’analyse des nuages, des lacs et des rivages nous permet d’attaquer la recherche de la vie de trois manières uniques avec un seul vaisseau spatial », a déclaré Morley dans un e-mail, « augmenter nos chances de percer ces profonds mystères. »

Télescope fluide

Les grands observatoires spatiaux tels que le télescope spatial Hubble et le télescope Webb sont le résultat de décennies de financement, de conception, d’assemblage et de tests. Mais il y a une demande croissante pour une gamme plus large de télescopes qui peuvent être développés moins cher et plus rapidement.

Plusieurs nouveaux concepts NIAC offrent diverses façons d’observer le cosmos comme jamais auparavant.

L’une des conceptions est FLUTE, ou le télescope fluidique, d’Edward Balaban, chercheur au centre de recherche Ames de la NASA en Californie, et de ses collaborateurs. Balaban a principalement travaillé dans l’intelligence artificielle et la planification stratégique pour le prochain VIPER mission de rover lunaire.

Balaban a été inspiré par des conversations avec des collègues d’Ames et du Technion-Israel Institute of Technology pour développer un concept qui pourrait combiner la manipulation de fluides avec l’assemblage en orbite d’un grand télescope. Ce dernier ne serait pas limité par la taille de son lanceur.

Dans le cadre du régime, deux lancements enverraient un vaisseau spatial d’instrumentation et un cadre pouvant être rempli de liquide dans l’espace. Le cadre rempli de liquide crée un miroir massif de 50 mètres (164 pieds), tandis que le vaisseau spatial d’instrumentation restera à une distance spécifique du miroir pour collecter des images et les renvoyer sur Terre, a déclaré Balaban.

Balaban et son équipe testent des liquides qui pourraient jouer le rôle de miroir, notamment des liquides ioniques appelés sels fondus. Les chercheurs utiliseront leur subvention pour travailler à la construction d’un cadre pour contenir le liquide et à la conception du vaisseau spatial d’instrumentation. Un tel télescope pourrait être insensible aux frappes de micrométéoroïdes que le télescope Webb a subies parce que les liquides ne seraient pas affectés, a-t-il dit.

Une grande surface collectrice de lumière telle que FLUTE pourrait entrevoir la faible lumière des premières galaxies ou regarder à l’intérieur des atmosphères des exoplanètes.

« Croyez-le ou non, nous pourrions commencer à voir des caractéristiques de surface sur les exoplanètes les plus proches », a déclaré Balaban. « Au lieu de les voir comme des points lumineux, nous pourrions dire s’ils ont des continents, par exemple. »

A la recherche d’une autre Terre

Pendant ce temps, Heidi Jo Newberg, professeur de physique, de physique appliquée et d’astronomie à l’Institut polytechnique de Rensselaer, et ses collaborateurs ont un concept pour un télescope qui pourrait trouver « Terre 2.0 ».

L’idée de l’équipe est de rechercher des planètes habitables à proximité en modifiant la conception séculaire des télescopes. Il s’appelle DICER, ou un résolveur d’exoplanète diffractive interfero coronagraph.

Les exoplanètes de la taille de la Terre sont petites et faibles, en particulier par rapport aux étoiles brillantes qu’elles orbitent, donc la pensée conventionnelle suggère que la recherche de telles planètes nécessiterait un télescope avec trois fois le diamètre du télescope Webb qui à 6,5 mètres (21 pieds 4 pouces) est le plus grand miroir jamais volé dans l’espace.

Un télescope de 20 mètres (65 pieds) n’est actuellement pas réalisable car il serait difficile de lancer un si grand miroir dans l’espace.

Mais DICER s’appuierait sur deux petits miroirs ainsi que sur deux réseaux de diffraction de 10 mètres, ou composants optiques qui diffractent la lumière, qui peuvent être facilement emballés à l’intérieur d’une fusée. Pensez à l’arc-en-ciel visible au dos d’un CD lorsque vous le tenez devant la lumière du réseau de diffraction. Les réseaux pourraient collecter la même quantité de lumière qu’un télescope de 20 mètres.

« Cette idée réduit la taille et le poids de ce que vous devez envoyer dans l’espace pour obtenir la haute résolution souhaitée d’un télescope comme Webb », a déclaré Newberg. « Ce que nous essayons de faire, c’est d’exploiter cette conception prête à l’emploi pour permettre de trouver des planètes semblables à la Terre. »

L’équipe travaillera à l’échelle de l’optique et déterminera si le télescope pourrait également être utilisé pour étudier les atmosphères des exoplanètes.

Le ciel invisible

Malgré les progrès réalisés dans les types de lumière que les télescopes peuvent voir, les ondes radio à basse fréquence restent invisibles pour nous.

Le Dr Mary Knapp, chercheuse au Haystack Observatory du Massachusetts Institute of Technology, et ses collaborateurs travaillent sur un concept qui pourrait révéler cette partie du spectre des ondes radio. Les ondes ne sont pas observables par les radiotélescopes au sol en raison des effets de distorsion de la haute atmosphère terrestre.

« J’ai appris dans mes années de premier cycle qu’il y avait cette partie du spectre que nous ne pouvions pas voir », a déclaré Knapp. « Cela m’a vraiment frappé qu’il y avait cette partie inexplorée de l’univers, et je veux explorer cette une partie du ciel pour la première fois. »

Le Grand Observatoire des Grandes Longueurs d’Onde, ou GO-LoW, s’appuierait sur une flotte de milliers de satellites de la taille d’une boîte à chaussures qui agissent de concert, comme un grand télescope virtuel. Les petits satellites sont rentables et leurs méga-constellations peuvent être lancées à la fois sur une seule grande fusée.

L’observatoire pourrait mesurer le rayonnement électromagnétique à basse fréquence, ce qui apporterait une mine de données aux astronomes qui souhaitent observer les étoiles et les galaxies les plus anciennes et comprendre les champs magnétiques des exoplanètes et des étoiles. Ces informations peuvent aider les scientifiques à repérer plus facilement les planètes habitables. Les champs magnétiques aident les planètes à maintenir leur atmosphère.

L’équipe se concentrera ensuite sur la conception des antennes des satellites et sur l’architecture potentielle nécessaire pour les satellites dans l’espace. Si GO-LoW est développé, il pourrait être utilisé pour créer une nouvelle carte du ciel.

« Chaque fois que nous regardons l’univers dans une nouvelle partie du spectre, nous avons vu des choses auxquelles nous ne nous attendions pas », a déclaré Knapp. « Je suis vraiment excité par ce que nous ne savons pas. »