Les vaisseaux spatiaux géants, c’est pour bientôt

De Battlestar Galactica à l'Étoile de la Mort de Star Wars, la fiction est friande de vaisseaux spatiaux gigantesques capables d'abriter des milliers d'habitants au sein de mini-villes en orbite.

Pour nos astronautes cependant, le quotidien est un peu plus, disons, exigu. Prenons la Station Spatiale Internationale, par exemple : il s'agit de plus grand engin spatial jamais construit. C'est aussi le projet de construction le plus coûteux de l'histoire de l'humanité – pour le terminer, les Etats-Unis ont dû débourser pas moins de 100 milliards de dollars. Son premier module a été lancé en novembre 1998 et son premier équipage permanent, composé de trois personnes, est arrivé deux ans plus tard.

Avec un volume pressurisé interne de 932 mètres cubes, c'est-à-dire l'équivalent du volume d'un Boeing 747, l'ISS est encore très loin des vaisseaux-mondes que nous voyons dans la SF et la fantasy. Cela dit, la station et ses prédécesseurs ont constitué des bancs d'essai indispensables, qui nous permettront un jour de construire des vaisseaux spatiaux réellement massifs. Comme la station spatiale Mir, qui a volé de 1986 à 2001, les modules de l'ISS ont été lancés séparément et assemblés dans l'espace, tels des kits LEGO orbitaux haut de gamme.

Animation représentant la séquence d'assemblage de l'ISS. Video: NASA Johnson/YouTube

Le coût de la mise en orbite de différents modules dans l'espace est exorbitant, mais l'environnement en microgravité au sein duquel ils sont déployés offre des avantages considérables en termes d'ingénierie. Quel meilleur endroit que l'espace extra-atmosphérique pour construire des architectures colossales ? Les structures extrêmement lourdes sont plus facilement manœuvrables en apesanteur, et peuvent être prises en charge par des engins spatiaux plus petits ou par des astronautes. Quiconque a déjà joué à Kerbal Space Program connait les immenses avantages de la construction orbitale in situ.

Bien sûr, entre programmer la construction de vaisseaux dans un jeu PC et les assembler dans l'espace, il y a un saut conceptuel et technique. Heureusement, la communauté spatiale internationale travaille sans relâche à la réalisation de ce rêve centenaire qui consiste à établir d'immenses structures extra-atmosphériques comme point d'ancrage de missions robotisées et humaines.

Le mois dernier, la NASA a annoncé les finalistes du concours Breakthrough, Innovative and Game-changing (BIG), qui, chaque année, propose de mettre en concurrence des concepts originaux de plates-formes spatiales. En 2017, le BIG Challenge se concentrera sur la conception d'engins spatiaux modulaires, à propulsion solaire électrique, capables de transporter des marchandises de l'orbite basse terrestre à l'orbite rétrograde lointain lunaire (LDRO).

Selon Keith Belvin, responsable des structures, matériaux et nanotechnologies à la Direction de la technologie spatiale de la NASA, et jury au BIG Challenge, l'orbite LDRO constitue un endroit idéal pour « garer » et assembler de grands engins spatiaux, car elle possède une gravité très faible relativement à l'orbite terrestre basse.

« LDRO correspond à l'orbite situé à 6000 kilomètres environ autour de la Lune », m'explique Belvin au téléphone. « Elle est idéale pour plusieurs raisons. Tout d'abord, il est assez facile d'accès, et facile à quitter. C'est donc un très bon emplacement de transit. Si nous développons un jour une structure d'assemblage de satellites in situ, nous pourrions la placer sur cette orbite. »

LDRO pourrait même servir de point de ravitaillement et de contrôle pour les vaisseaux spatiaux de retour de missions lointaines dans le système solaire. « Supposons que nous allions sur Phobos (l'une des deux lunes de Mars) ou sur la surface de Mars elle-même », explique Belvin, « Quand le vaisseau reviendra de son périple, au lieu de revenir directement sur Terre et de brûler en faisant sa rentrée dans l'atmosphère, nous pourrions le mettre sur LDRO, le reconditionner et l'utiliser à nouveau pour une autre mission. »

La capacité à réutiliser les engins spatiaux de cette façon réduirait considérablement le coût de l'exploration spatiale robotisée, tout en stimulant le développement d'infrastructures cruciales pour l'exploration humaine vers des régions éloignées de l'espace. Il faudra énormément d'argent, de temps et de travail pour construire ces stations-service orbitales, c'est certain – mais le jeu en vaut la chandelle, selon Howard Bloom.

« Pourquoi la NASA devrait-elle se lancer dans la construction d'autoroutes spatiales ? », demande Bloom dans un article paru récemment dans le Scientific American. « Parce que personne d'autre ne le fera. Et notre avenir dans l'espace en dépend. Notre futur rôle dans l'économie spatiale a été estimé par United Launch Alliance (un groupement de Boeing et Lockheed Martin) à une part de 2.7 trillions de dollars sur 30 ans. »

L'idée de construire des structures modulaires toujours plus grandes, plus robustes et plus efficaces pourrait poser les bases de futures habitations spatiales semblables aux cylindres d'O'Neill ou aux vaisseaux urbains de la SF. Cependant, il faudra sans doute des décennies, voire des siècles, avant que nous y parvenions.

En attendant, les ingénieurs pondent régulièrement des concepts de plateformes spatiales qui pourraient nous permettre de résoudre des problèmes concrets sur notre planète. Parmi eux : les centrales solaires de l'espace. Dans l'espace, la lumière du soleil n'est pas filtrée par les interférences atmosphériques, et constitue donc une source énergétique de qualité. Certains des plans conçus par les chercheurs correspondent à des structures massives mesurant un kilomètre ou plus. Ces systèmes pourraient fournir de l'énergie renouvelable partout dans le monde, tout en servant de batterie géante pour les systèmes orbitaux et les missions spatiales longue distance.

Il reste encore beaucoup d'obstacles à surmonter avant d'atteindre cet objectif, mais les scientifiques, y compris Belvin, pensent que l'énergie solaire spatiale est une solution réaliste, réalisable à court terme.

« Je pense que la technologie est presque là », me confie Belvin. « Il y a encore beaucoup à faire pour la rendre efficace et rentable. Mais dans le spatial, quand il y a de l'argent et de la volonté, on peut accomplir beaucoup de choses en dix ans. Si la demande est là, notre centrale solaire orbitale, nous l'aurons dans une décennie. »

Il est plutôt réconfortant de se dire que le secteur spatial a toujours des projets ambitieux en tête, et compte bien les matérialiser malgré les restrictions budgétaires qui accablent de nombreuses agences spatiales actuellement. Même s'il est difficile de prédire quel genre de vaisseau deviendra la nouvelle « plus grosse structure spatiale de l'histoire humaine », nous pouvons nous réjouir du nombre conséquent de candidats en lice.