La propulsión fotónica se imaginó hace siglos, pero nunca se implementó. Así será a partir de octubre.
Cuando piensas en un cohete espacial, ves una montaña de tecnología. Pero pocas personas entienden cuán completo es realmente un lanzador. Porque es, sin embargo, el mayor problema en el mundo del espacio en la actualidad. Ya sea eléctrica o química (con propulsor), esta última es limitada y pesa mucho en la balanza. Pero para ir al espacio, cada (kilo) gramo cuenta. Por tanto, es necesario aligerar otros elementos, como la carga útil, o bien pagar más, para lanzar más peso hacia la órbita.
Para responder a este problema de combustible, lo mejor sería simplemente eliminarlo. Y es con esta idea, tan loca como simple, que Louis de Gouyon Matignon lanzó Gama en octubre de 2020 junto a Thibaud Elziere. Desde entonces, esta empresa, con sede en la región parisina, trabaja intensamente para producir una «nave espacial» sin combustible, y por tanto sin motor.
Puede encontrar la entrevista completa con Louis de Gouyon Matignon en Presse-citron.
Un principio centenario
Detrás de esta hazaña de ingeniería, de hecho, se esconde un método que tiene más de 300 años, conocido por los astrónomos incluso antes del vuelo del Sputnik. Como han hecho los navegantes durante mucho tiempo, Gama pretende hacer volar y viajar una sonda, gracias a una vela. Una idea sorprendente por decir lo menos, pero que no frena el desarrollo de la joven empresa. La compañía ha anunciado hoy una recaudación de fondos de dos millones de euros, realizada, entre otros, con BPI France y CNES, lo que demuestra la seriedad del proyecto.
Imaginada hace siglos por el famoso astrónomo Johannes Kepler, luego confirmada por el trabajo de Maxwel, la vela solar nunca ha conquistado a los ingenieros y casi nadie ha enviado una al espacio, a pesar de nuestros muy buenos conocimientos teóricos sobre el tema. Como explica Louis Gouyon de Matigon. “Hoy debe haber 10.000 satélites en el espacio, y los que tienen vela solar hay que contarlos con los dedos de una mano. » El proyecto de Gama es, por tanto, bastante ambicioso, por no decir sin precedentes. De hecho, solo la sonda IKAROS, lanzada por la agencia espacial japonesa (JAXA) a principios de la década pasada, ha demostrado resultados convincentes.
Un primer vuelo para aprender a partir de 2022
Finalmente, la teoría detrás de cómo funciona una vela solar es bastante simple. Como con un velero en el mar, la idea es dejarse empujar por los elementos. Pero obviamente en el espacio, no hay la más mínima ráfaga de viento -el viento solar no tiene ningún impacto en el empuje aquí-, por lo tanto, la vela reflejará la luz del Sol, y son precisamente los fotones que componen este último, los que impulsarán la vela (lo que explica el nombre de propulsión fotónica).
Para Gama, por tanto, tenemos derecho a una vela de casi 75 m2, construida en cuatro pedales de casi 20 m2 cada uno. Este velo cuadrado es extremadamente delgado, de 20 a 100 veces más delgado que un cabello, por lo tanto, será empujado por los fotones en el vacío del espacio. “La gran ventaja de este sistema es que el empuje es teóricamente infinito. Aunque es mínimo, se acumula y con el tiempo alcanzamos velocidades increíbles» explica Louis de Gouyon Matignon.
Para llevar a cabo una primera prueba a tamaño real, Gama se prepara para su lanzamiento en órbita, impulsando así la vela y las esperanzas de toda la sociedad al espacio. El vuelo debería realizarse el próximo mes de octubre a bordo de un Falon 9 de la empresa estadounidense SpaceX. Esta misión debería permitir verificar que «todo está bien» y garantizar una primera experiencia con el vacío del espacio para la empresa muy joven y sus diez ingenieros, todos con sede en Île-de-France.
Lente Venus?
Pero por lo que se refiere a la joven empresa francesa, el objetivo será lanzarse muy rápidamente a la espacio profundo, espacio interestelar. Así, la compañía espera poder realizar una misión hacia 2025” a Venus o a un asteroide. Un paso clave en el desarrollo de Gama, que nos permitirá alcanzar nuestro primer objetivo de exploración. “Recuperar una foto de Venus sería realmente algo increíble” explica Louis de Gouyon Matignon, que se esfuerza por ocultar su entusiasmo.
Construida con poliimidas aluminizadas, esta vela mide solo tres micras de espesor para 11 kilogramos en la balanza. “Plegada, es del tamaño de una caja de zapatos”, una vez en el espacio, se despliega gracias a la fuerza centrífuga de la propia sonda. “Gracias a pequeñas masas, la vela se abrirá en sentido contrario a la rotación de la sonda. » Una vez desplegada, la sonda reflejará los rayos del Sol y será empujada por ellos.
En la Tierra conocemos sólo una de las dos fuerzas del Sol. El impacto térmico de sus rayos. Pero nuestra estrella también es capaz de mover objetos con la fuerza de sus fotones. Estas partículas (que también son ondas) no liberan ni masa, ni energía, ni calor, pero cuando entra en contacto con la materia, la empuja muy levemente. Es este empuje el que utiliza la vela Gama para desplazarse por el espacio.
Poder infinito… sobre el papel
Si el empuje producido por los fotones es irrisorio en comparación con un motor de cohete convencional, la vela es una fuente de energía inagotable (o casi). Como explica Louis de Gouyon Matignon, la propulsión fotónica es perfecta para la exploración a distancia de bajo coste.
“Al quitar el combustible de las sondas, estamos ofreciendo un sistema mucho más liviano, que por lo tanto cuesta menos enviar al espacio y que, además, puede durar más en el tiempo. » Aunque el sistema del velo no es eterno, la radiación del espacio, así como los micrometeoritos, eventualmente sacarán lo mejor de esto. “manta de supervivencia extrafina”, es posible acelerar la sonda, ya que esta última es golpeada por los rayos del sol.
Con un suministro de energía mínimo pero constante, entonces es posible imaginar una exploración aún mayor. Gama, por lo tanto, planea ir a Júpiter o Neptuno en unos pocos años. Gracias a la fuerza del Sol, la sonda, de unos pocos kilogramos, sería capaz de moverse a velocidades de locura “que hoy son inalcanzables con la propulsión química”. Jugando con la mecánica celeste y las diferentes fuerzas gravitatorias de nuestro sistema solar, sería posible viajar a Neptuno oa las lunas de Júpiter.
Misiones que se pueden llevar a cabo con sondas de propulsión química, y que ya se han llevado a cabo en el pasado, pero solo las agencias espaciales gubernamentales han logrado costear ese viaje. Con el sistema Gama, la vela solar podría reducir el coste de la misión, pero también la duración de esta última.
La vela solar tiene un talón de Aquiles: la órbita
Si la propulsión de fotones tiene muchas ventajas, este sistema no es perfecto. Son estos defectos los que han hecho que la vela solar sea tan impopular en el mundo de la órbita baja, que es hoy el principal campo de juego de New Space. Lo primero que debe recordar sobre la vela solar es que esta última, por su propio diseño, no es capaz de tener una reactividad muy alta.
Esto no supone un problema para misiones de exploración lejanas, pero para satélites o sondas presentes en órbita, la velocidad de reacción es fundamental. “Si tienes un satélite en órbita baja, quieres inclinarlo para ver otra región de la Tierra, presionas un botón en tu centro de comando y listo. Nosotros, con una vela solar, no podemos hacer eso” reconoce Louis de Gouyon Matignon.
Pero esta falta de reactividad no es el único defecto de la vela solar. De hecho, este último también produce un «rastro» cuando se mueve en órbita alrededor de la Tierra. A cientos de kilómetros por encima de nuestras cabezas, todavía quedan algunos átomos de aire, y estos traerán la vela de regreso a la Tierra. Debido a su gran tamaño, la vela descenderá más rápido que los satélites convencionales, que además cuentan con un sistema de propulsión para compensar este regreso al planeta azul.
Gama: lente del sistema solar
En resumen, la propulsión fotónica no está hecha para la Tierra, y todo el mundo en Gama lo sabe muy bien. De hecho, si la compañía apunta a la órbita para su primer lanzamiento en octubre, no tiene intención de quedarse allí y espera poder llegar a los cuatro rincones del sistema solar lo más rápido posible.
Con un sistema de propulsión tan revolucionario, Gama no carece de ambición, y espera poder producir muchas velas en los próximos años, con el fin de multiplicar los lanzamientos y lograr así un cierto equilibrio financiero.
