Caltech est à l'avant-garde des efforts pour développer la technologie des voiles solaires, qui vise à permettre aux engins spatiaux de voyager plus vite que toutes les missions précédentes, ouvrant potentiellement de nouvelles frontières dans l'exploration interstellaire. Harry Atwater, président de la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées de Caltech, souligne que cette technologie pourrait faciliter l'exploration directe des régions cosmiques éloignées, auparavant accessibles uniquement par observation à distance.
Atwater et son équipe ont créé une plateforme de test pour analyser des membranes ultrafines qui pourraient servir de voiles solaires. Cette plateforme mesure la force exercée par les lasers sur ces voiles, marquant une étape cruciale du design théorique à l'application pratique dans les voyages spatiaux. Les chercheurs font face à des défis dans le développement d'une membrane capable de résister à la chaleur, de conserver sa forme sous pression et de maintenir la stabilité le long de l'axe d'un faisceau laser.
L'équipe a construit une petite voile solaire ancrée dans une membrane plus grande pour étudier les forces propulsives dans un environnement contrôlé. En utilisant des techniques avancées, ils ont conçu une membrane en nitrure de silicium d'une épaisseur de seulement 50 nanomètres, ressemblant à un trampoline microscopique. En appliquant une lumière laser argon, ils ont mesuré la pression de radiation subie par la mini-voile solaire, observant ses mouvements.
Le co-auteur principal Lior Michaeli note les complexités introduites par l'ancrage de la voile, qui se comporte comme un résonateur mécanique. Les chercheurs ont transformé le défi des vibrations induites par la chaleur en un avantage, leur permettant de développer une méthode pour mesurer avec précision la force de la lumière.
Un interféromètre à chemin commun a été intégré à leur configuration expérimentale, permettant une détection précise des mouvements de la voile. Cette innovation garantit que le bruit environnemental n'interfère pas avec les mesures, conduisant à la capacité de mesurer des mouvements aussi petits que des picomètres.
Les recherches futures visent à exploiter la nanoscience et les métamatériaux pour contrôler le mouvement et la rotation des voiles solaires dans l'espace, avec l'espoir de créer des voiles capables de revenir de manière autonome sur leur trajectoire prévue lorsqu'elles sont déplacées.
Cette recherche, détaillée dans l'article « Mesures directes de la pression de radiation pour les membranes de voiles solaires », publié dans Nature Photonics, représente un avancement significatif dans la quête de voyages interstellaires.