Ascenseur spatial

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Vous avez de nouveaux messages (diff^?).

Diagramme d'un ascenseur spatial

L'ascenseur spatial est un projet d'ascenseur entre la Terre (ou tout autre astre en rotation) et l'espace. Il devrait permettre de placer des charges en orbite en se passant de fusée. De nombreuses contraintes technologiques rendent encore aujourd'hui sa conception impossible (du moins pour la Terre).

[modifier] Histoire

[modifier] Naissance du concept

Si le concept de l'ascenseur spatial a été inventé par Constantin Tsiolkowski en 1885 et relancé par Youri Artsutanov en 1960 ^[1], il n'a été présenté qu'en 1978 au grand public par Arthur C. Clarke, dans son roman de science-fiction Les Fontaines du Paradis. Il est aussi appelé tour orbitale (orbital tower en anglais).

Clarke décrit la construction, à partir d'une station spatiale, d'une gigantesque tour destinée à constituer un lien fixe entre la surface terrestre et un contre-poids en orbite géostationnaire. L'équilibre de l'ensemble est assuré en permanence, par la construction d'un autre élément de tour dans la direction opposée. Au total, c'est une sorte de fronde de 36 000 kilomètres de long qu'il faut réaliser.

Comme souvent, Clarke s'est inspiré de travaux scientifiques réels, en particulier ceux du soviétique Yuri N. Artsutanov en 1957 et ceux que quatre américains (John D. Isaacs, Hugh Bradner, George E. Backus du Scripps Institution of Oceanography, et Allyn C. Vine du Wood's Hole Oceanography Institute) ont publié le 11 février 1966, dans la revue Science (Satellite elongation into a true « Sky Hook »). L'idée est en fait beaucoup plus ancienne, puisque les premières réflexions sur le sujet sont dues à Constantin Tsiolkowski en 1885, mais celui-ci avait envisagé d'élever sa tour depuis le sol, comme une énorme Tour Eiffel.

En 1975 un autre américain, Jerome Pearson, propose d'adopter une structure en forme de long ruban, dont une extrémité jouerait elle-même le rôle de contre-poids. C'est devenu un projet de 144 000 kilomètres (38% de la distance Terre - Lune) mais il n'est plus nécessaire d'arrimer aussi solidement la base terrestre de l'ouvrage (dans le roman de Clarke, la base de la tour est ancrée de plusieurs kilomètres dans le sous-sol).

[modifier] Equilibre du système

Le système est en équilibre car la moitié du cable se situe au dessus de l'orbite géostationaire (environ 36 000 KM de la surface terrestre) alors que l'autre moitié se trouve en dessous. Ainsi la moitié inférieur "tire" l'ensemble vers le bas à cause du poids du câble alors que la partie supérieure "tire" vers le haut ce qui crée une tension. L'extrêmité du câble qui se situe dans l'espace n'est donc pas en orbite autour de la terre proprement dit, car sa vitesse reelle est beaucoup plus elevee que le serait sa vitesse orbitale. En fait si le cable etait coupee il s'ejecterait dans l'espace à cause de la force centrifuge. La remontée ou descente d'une cabine n'affecte pas l'équilibre du système étant donné le poids total du cable et la tension très élevée de celui-ci, qui serait tellement tendu qu'il serait aussi rigide qu'un mur. Il est possible egalement de raccourcir la longueur du cable en ajoutant un contre-poids au bout du cable dans l'espace (qui pourrait etre constitué du lanceur qui a lancé initialement le cable)

Il faut bien imaginer la nature titanesque du projet, la longueur d'un cable de 91 000 KM, correspondrait à huit fois le diametre de la Terre, et au quart de la distance Terre-Lune.

[modifier] Arrivée des nanotubes

Concept de la NASA

Pendant longtemps, l'idée a paru utopique, puisqu'il n'existait pas de matériau suffisamment résistant. Mais l'apparition des nanotubes, utilisant notamment les fullerènes, lui a redonné un certain crédit. Ainsi l'Agence spatiale européenne (ESA) et la NASA s'y intéressent désormais sérieusement. L'ascenseur spatial pourrait prendre la forme d'un long câble sur lequel circuleraient des navettes.

Brad Edwards, de la fondation californienne Eureka Scientific décrit en détail une méthode possible de construction d'un tel ascenseur (voir lien externe) :

tout d'abord, on lance un engin spatial en orbite géostationnaire.
puis celui-ci envoie vers la Terre un mince ruban (1 micromètre d'épaisseur) présentant des caractéristiques mécaniques ad hoc (résistant et léger). Au fur et à mesure que le câble descend, le véhicule s'écarte de la Terre pour maintenir l'équilibre. Il atteint ainsi une distance de 91 000 km.
une fois le premier câble amarré au sol, on s'en sert pour en mettre en place d'autres et constituer le câble définitif.

L'intérêt potentiel d'un tel système réside dans son faible coût de fonctionnement. Dans certains concepts, l'énergie de freinage d'une cabine descendante peut même être récupérée pour propulser une cabine montante. Son inconvénient principal est sa vulnérabilité aux météorites, aux débris spatiaux, aux engins aériens ou même aux catastrophes naturelles.

On compare ce concept à un autre ruban métallique qui semblait impossible il y a deux siècles, le chemin de fer.

Nicola Pugno de l'École polytechnique de Turin fait cependant remarquer que les assemblages de nanotubes de carbone sur lesquels reposaient tous les espoirs ne seraient pas assez solides ^[2]. Dans un article du Journal of Physics : Condensed Matter ^[3], il ajoute que, même dans le cas où l’ascenseur spatial pourrait être déployé, les micrométéorites et l’érosion par l’oxygène ne manqueraient pas de l’affaiblir.

[modifier] Faisabilité

Initialement au stade de fantasme de science fiction, les récentes études sur les nanotubes ainsi que l'étude de faisabilité de la NASA rende de plus en plus crédible la réalisation à terme d'un tel système. En effet les processus de fabrication de nanotubes en grande quantité commencent à voir le jour. Et la resistance des matériaux constitués de nanotubes devient de plus en plus grande.

[modifier] Concours

La NASA organise un concours ayant pour objectifs la conception d'un câble en nanotubes, le Tether Challenge. Ce concours offre chaque année un prix de 50 000 dollars pour l'équipe qui aura amélioré d'au moins 50% les performances du câble présenté l'année précédente.

[modifier] Fictions

Le concept d'ascenseur spatial est utilisé dans certaines œuvres :

Dans les romans :
- Les Fontaines du Paradis de A.C. Clarke (1979)
- La Trilogie de Mars (Mars la rouge 1992, Mars la verte 1993, Mars la bleue 1996) de Kim Stanley Robinson
- La Cité du gouffre d'Alastair Reynolds (2001)
Dans les mangas
- Gunnm de Yukito Kishiro
- Exaxxion de Kenichi Sonoda
Dans la BD :
- Le Sommeil du monstre de Enki Bilal
Dans les jeux vidéo
- 2300 AD, Jeux de rôle par Game Designers' Workshop
- Civilization: Call to Power et Civilization IV, jeux de stratégie sur ordinateur
- Wonder of the World Contra: Hard Corps, le colonel Bahamut prend une cellule alien au dessus de son ascenseur personnel spatial, afin d'employer sa puissance pour dominer le monde.
- Front Mission: Gun Hazard, jeux vidéo par Squaresoft, comportant l'ascenseur spatial "A.T.L.A.S.".
- Halo 2 et Halo 3, jeux vidéos par Bungie Studios, décrivant un ascenseur spatial dans "New Mombasa" en 2552 dont on voit les ruines dans les vidéos d'annonces d'Halo 3
- Jovian Chronicles, un jeux de rôle par Dream Pod 9, incluant un ascenseur spatial martien.
- Sid Meier's Alpha Centauri, jeux de stratégie sur ordinateur, où l'on construit un "Projet Secret" nommé "Ascenseur Spatial"
- Syndicate Wars, un jeux vidéo par Bullfrog Productions, où se trouvait un ascenseur spatial vers la lune.
- The Moment Of Silence, un jeux d'aventure point & clic sur ordinateur par The Adventure Company qui vous laisse monter dans un ascenseur spatial basé dans la ville de New York
- Transhuman Space, jeux de rôle par Steve Jackson Games. Un premier ascenseur de l'espace construit sur Mars et le second, sur terre.
- Mega Man X8, Jeux d'action par Capcom. Un ascenseur orbital connu sous le nom de "Jakob" est utilisé pour transporter les gens sur la lune.
- Independence War or I-War, un jeux de simulation dans l'espace par Particle Systems Ltd. Plusieurs références à l'ascenseur spatial sont montrées dans le film d'introduction quand le Président King est transporté dans l'espace à bord d'une chenille.