Le rêve de voyager vers une autre étoile et de semer la graine de l'humanité sur une planète lointaine… Il n'est pas exagéré de dire qu'elle a captivé l'imagination des êtres humains pendant des siècles. Avec la naissance de l'astronomie moderne et de l'ère spatiale, des propositions scientifiques ont même été faites quant à la manière de le faire. Mais bien sûr, vivre dans un univers relativiste présente de nombreux défis pour lesquels il n'y a pas de solutions simples.
Parmi ces défis, l'un des plus importants concerne la quantité d'énergie nécessaire pour amener les humains vers une autre étoile au cours de leur vie. C'est pourquoi certains partisans des voyages interstellaires recommandent d'envoyer des vaisseaux spatiaux qui sont essentiellement des mondes miniaturisés pouvant accueillir des voyageurs pendant des siècles ou plus. Ces «navires de génération» (alias. Mondes ou arcs interstellaires) sont des vaisseaux spatiaux construits pour vraiment long-courrier.
La logique derrière un navire de génération est simple: si vous ne pouvez pas voyager assez vite pour atteindre un autre système stellaire en une seule vie, construisez un navire assez grand pour transporter tout ce dont vous pourriez avoir besoin pour un long voyage. Cela impliquerait de s'assurer qu'un navire dispose d'un système de propulsion fiable qui peut fournir une poussée régulière pendant l'accélération et la décélération et les commodités nécessaires pour assurer plusieurs générations d'humains.
En plus de tout cela, le navire devrait être en mesure de garantir à ses équipages de la nourriture, de l'eau et de l'air respirable - suffisamment pour durer des siècles, voire des millénaires. Selon toute vraisemblance, cela signifierait la création d'un microclimat à système fermé à l'intérieur du navire, avec un cycle de l'eau, un cycle du carbone et un cycle de l'azote. Cela permettra à la nourriture d'être cultivée et à l'eau et à l'air d'être recyclés en continu.
Atteindre les étoiles les plus proches
L'étoile la plus proche de notre système solaire est Proxima Centauri, une étoile de séquence principale de type M (naine rouge) située à environ 4,24 années-lumière. Cette étoile fait partie d'un système d'étoiles triples qui comprend le système Alpha Centauri, un binaire composé d'une étoile de type Soleil de séquence principale (une naine jaune de type G) et d'une étoile de type K de la séquence principale (naine orange).
En plus d'être le système stellaire le plus proche du nôtre, Proxima Centauri est également le foyer de l'exoplanète la plus proche de la Terre - Proxima b. Cette planète terrestre (alias. Rocheuse) - dont la découverte a été annoncée en 2016 par l'Observatoire européen austral (ESO) - est à peu près de la même taille que la Terre (1,3 masse terrestre) et orbite dans la zone habitable circumsolaire de son étoile.
La prochaine exoplanète la plus proche qui orbite dans le HZ de son étoile est Ross 128 b, une exoplanète de la taille de la Terre qui orbite autour d'une étoile naine rouge à environ 11 années-lumière. La prochaine étoile semblable au soleil la plus proche est Tau Ceti, qui est à un peu moins de 12 années-lumière et a un candidat potentiellement habitable (Tau Ceti e). En fait, il y a 16 exoplanètes à moins de 50 années-lumière de la Terre qui pourraient soutenir la vie.
Mais comme nous l'avons exploré dans un article précédent, voyager jusqu'à l'étoile la plus proche prendrait très longtemps et nécessiterait une énorme quantité d'énergie. En utilisant des moyens de propulsion conventionnels, cela pourrait prendre entre 19 000 et 81 000 ans pour y arriver. En utilisant les méthodes proposées qui ont été testées mais pas encore construites (comme les fusées nucléaires), le temps de trajet est réduit à environ 1000 ans.
Il existe des méthodes proposées qui sont capables d'atteindre les étoiles les plus proches en une seule vie, comme la propulsion à énergie dirigée - par exemple Breakthrough Starshot. Pour ce concept, une voile légère et un vaisseau spatial à l'échelle gramme pourraient être accélérés à 20% de la vitesse de la lumière (0,2 c), faisant ainsi le voyage vers Alpha Centauri en seulement 20 ans. Cependant, Starshot et les propositions similaires sont tous des concepts vains.
Au-delà de cela, les seules méthodes possibles pour envoyer des êtres humains vers un autre système stellaire sont soit techniquement réalisables (mais non développées) ou entièrement théoriques (comme l'Alcubierre Warp Drive). Dans cet esprit, de nombreux scientifiques ont rédigé des propositions qui abandonneraient la vitesse et se concentreraient plutôt sur l'hébergement des équipages pendant le long voyage.
Exemples dans la fiction
Le premier exemple enregistré semble avoir été fait par l'ingénieur et écrivain de science-fiction John Munro’s dans son roman Un voyage à Vénus (1897). Dans ce document, il mentionne comment l'humanité peut devenir un jour une espèce interstellaire:
«[Avec] un vaisseau assez grand pour contenir les nécessités de la vie, un groupe restreint de femmes et de messieurs pourrait partir pour la Voie lactée, et si tout allait bien, leurs descendants y arriveraient au bout de quelques millions d'années. "
Le concept a été abordé plus en détail dans le roman de science-fiction de 1933 Quand le monde entre en collision, co-écrit par Philip Wylie et Edwin Balmer. Dans cette histoire, la Terre est sur le point d'être détruite par des planètes voyous traversant le système solaire. Cela oblige un groupe d'astronomes à créer un énorme navire transportant un équipage de 50 personnes, ainsi que du bétail et de l'équipement, sur une nouvelle planète.
Robert A. Heinlein a également exploré les effets physiques, psychologiques et sociaux d'un navire de génération dans l'un de ses premiers romans, Orphelins du ciel. L'histoire a été initialement publiée sous forme de deux romans distincts en 1941, mais a été réédité en un seul roman en 1963. Le navire de cette histoire est connu sous le nom de Vanguard, un vaisseau de génération qui dérive en permanence dans l'espace après une mutinerie qui a provoqué la mort de tous les officiers de pilotage.
Des générations plus tard, les descendants ont oublié le but et la nature du navire et croient qu'il s'agit de leur univers tout entier. La majeure partie de l'équipage vit toujours dans le cylindre, mais un groupe distinct de «muties» (ce qui signifie alternativement qu'elles sont des mutants ou des mutins) vivent dans les ponts supérieurs où la gravité est plus faible et l'exposition au rayonnement a provoqué des changements physiques.
Arthur C. Clarke Rendez-vous avec Rama (1973) est sans doute l'exemple le plus connu d'un navire générationnel en science-fiction. Contrairement à d'autres traitements fictifs du concept, le vaisseau de cette histoire était d'origine extraterrestre! Connu sous le nom de Rama, ce cylindre spatial massif est un monde autonome qui transporte les «Ramans» d'un côté à l'autre de la galaxie.
L'histoire commence alors qu'un équipage de la Terre est envoyé pour prendre rendez-vous avec le navire et explorer l'intérieur. À l'intérieur, ils trouvent des structures disposées comme des villes, des infrastructures de transport, une mer qui s'étend autour du centre et des tranchées horizontales qui agissent comme des fenêtres. Au fur et à mesure que le navire se rapproche du Soleil, la lumière pénètre et les machines commencent à prendre vie.
Finalement, les astronautes humains concluent que les bâtiments sont en fait des usines et que la mer du navire est une soupe chimique qui sera utilisée pour créer des «Ramans» une fois qu'il aura atteint sa destination. En fin de compte, cependant, notre système solaire n'est qu'une escale dans leur voyage et c'est ainsi que les Ramans ensemencent la galaxie avec leur espèce.
Dans Alastair Reynold's Chasm City (2001) - qui fait partie de son Espace Révélation série - une grande partie de l'histoire se déroule à bord d'une série de grands vaisseaux spatiaux interstellaires. Ces navires se rendent au 61 Cygni, un système d'étoiles binaires composé de deux naines orange de type K, pour coloniser un monde connu dans la série sous le nom de Sky’s Edge.
Ces navires sont décrits comme cylindriques et dépendent de la propulsion à l'antimatière pour se déplacer à des vitesses relativistes. En plus de transporter un compliment de passagers cryogéniquement congelés, ces navires maintiennent un équipage dans des conditions de veille et disposent de toutes les installations et équipements nécessaires pour les divertir. Il s'agit notamment des quartiers personnels, des mess, des baies médicales et des centres de loisirs.
En 2002, la célèbre auteur de science-fiction Ursula K. LeGuin a publié sa propre vision des effets des voyages spatiaux intergénérationnels, intitulée Paradis perdus. Le cadre de cette histoire est le Découverte, un navire qui parcourt l'espace depuis des générations. Alors que ceux qui se souviennent de la Terre commencent à mourir, les jeunes générations commencent à ressentir que le navire est plus tangible pour elles que les traditions concernant leur ancien monde natal ou leur destination.
Finalement, une nouvelle religion émerge appelée "Bliss" qui enseigne que le Découverte («Ciel de vaisseau spatial» pour les fidèles) est en fait lié à l'éternité plutôt qu'à une autre planète. Cette religion est adoptée à la consternation de la génération plus âgée qui craint que leurs enfants ne voudront jamais quitter le navire une fois arrivé. Cette histoire a également été adaptée en opéra en 2012.
Le roman de 2011 Leviathan se réveille par James S. A. Corey (et les versements suivants dans le Étendue série) présente un navire de génération nommé «Nauvoo». Ce vaisseau est construit par un groupe de Mormons afin qu'ils puissent voyager vers un autre système stellaire et y coloniser. Le Nauvoo est décrit comme étant massif, de forme cylindrique et tourne pour générer une gravité artificielle pour son équipage.
Dans Kim Stanley Robin Aurore (2015), la majorité de l'histoire se déroule à bord d'un vaisseau interstellaire portant le nom éponyme. Robinson décrit un navire qui utilise deux torii rotatifs pour simuler la gravité pendant que les gens vivent dans une série d'environnements terrestres analogiques. Leur destination ultime est Tau Ceti, une étoile semblable au soleil située à 12 années-lumière de la Terre, où ils ont l'intention de coloniser une exomoon en orbite autour de Tau Ceti e.
Le navire est décrit comme un navire de classe Orion qui utilise l'explosion contrôlée d'appareils thermonucléaires pour générer une propulsion, ainsi qu'un réseau électromagnétique utilisé pour le lancer à partir du système solaire. Dans le style caractéristique de Robinson, une attention considérable est également accordée à la façon dont les colons maintiennent un équilibre prudent à bord de leur navire et aux effets psychologiques des voyages multigénérationnels.
Les propositions
De multiples propositions ont été faites par des scientifiques et des ingénieurs depuis le début du XXe siècle. Beaucoup de ces propositions ont été présentées sous forme d'études tandis que d'autres ont été popularisées dans les romans de science-fiction. Le premier exemple connu était l’essai de 1918 «La migration ultime» du pionnier des fusées, Robert H. Goddard (pour qui le Goddard Space Flight Center de la NASA est nommé).
L'équipage passerait le voyage de plusieurs siècles en animation suspendue, le pilote étant réveillé à intervalles réguliers pour effectuer des corrections de cap et une maintenance. Comme il l'a écrit:
«Le pilote doit être éveillé ou animé, à intervalles, peut-être de 10 000 ans pour un passage vers les étoiles les plus proches, et de 1 000 000 ans pour de grandes distances, ou pour d'autres systèmes stellaires. Pour ce faire, une horloge opérée par un changement de poids (plutôt que par des charges électriques, qui produisent des effets trop rapides) d'une substance rayonnante, devrait être utilisée… Cet éveil serait, bien entendu, nécessaire pour diriger l'appareil, s'il devenait hors de son cours. "
Il a également envisagé que l'énergie atomique pourrait être utilisée comme source d'énergie; mais à défaut, une combinaison d'hydrogène et d'oxygène, ainsi que de l'énergie solaire, suffirait. Sur la base de ses calculs, Goddard a estimé que ceux-ci seraient suffisants pour amener le navire à des vitesses de 4,8 à 16 km / s (3 à 10 mi / s), ce qui correspond à 17 280 km / h à 57 600 km / h (10 737 à 36 000 mph) ou 0,000016% à 0,00005% la vitesse de la lumière.
Konstantin E. Tsiolkovsky, le «père de la théorie astronautique», a également abordé l'idée d'un vaisseau spatial multigénérationnel dans son essai «L'avenir de la Terre et de l'humanité» (1928). Tsiolkovsky a décrit une colonie spatiale (une «arche de Noé») qui serait autosuffisante et où les équipages étaient maintenus dans des conditions de veille jusqu'à ce qu'ils atteignent leur destination des milliers d'années plus tard.
Une autre première description d'un navire de génération se trouve dans l'essai de 1929 «Le monde, la chair et le diable» de J. D. Bernal (inventeur de la «sphère de Bernal»). Dans cet essai influent, Bernal a écrit sur l'évolution humaine et son avenir dans l'espace, qui comprenait des vaisseaux que nous qualifierions aujourd'hui de «vaisseaux de génération».
En 1946, le mathématicien polono-américain Stanislaw Ulam a proposé une nouvelle idée connue sous le nom de propulsion à impulsion nucléaire (NPP). En tant que l'un des contributeurs au projet Manhattan, Ulam a envisagé comment les appareils nucléaires seraient réutilisés pour le bien de l'exploration spatiale. En 1955, la NASA a lancé le projet Orion dans le but d'enquêter sur le NNP comme moyen d'effectuer des voyages dans l'espace lointain.
Ce projet (qui s'est déroulé officiellement de 1958 à 1963) était dirigé par Ted Taylor de General Atomics et le physicien Freeman Dyson de l'Institute for Advanced Study de Princeton, New Jersey. Il a été abandonné après que le Traité d'interdiction des essais limitée (signé en 1963) a établi une interdiction permanente des essais nucléaires en orbite terrestre.
En 1964, le Dr Robert Enzmann a proposé le concept le plus détaillé d'un navire de génération à ce jour, connu par la suite sous le nom de «Enzmann Starship». Sa proposition prévoyait un navire qui utiliserait du deutérium pour générer des réactions de fusion afin d'atteindre un faible pourcentage de la vitesse de la lumière. L'engin mesurait 600 mètres (2000 pieds) de longueur et pouvait accueillir un équipage initial de 200 personnes (avec possibilité d'agrandissement).
Au cours des années 1970, la British Interplanetary Society a mené une étude de faisabilité pour le voyage interstellaire connue sous le nom de Projet Daedalus. Cette étude a appelé à la création d'un vaisseau spatial à fusion à deux étages qui pourrait faire le voyage vers l'étoile de Barnard (à 5,9 années-lumière de la Terre) en une seule vie. Bien que ce concept soit pour un vaisseau spatial sans équipage, la recherche éclairerait les idées futures pour les missions en équipage.
Par exemple, l'organisation internationale Icarus Interstellar a depuis tenté de revitaliser le concept sous la forme du projet Icarus. Fondés en 2009, les scientifiques bénévoles d'Icare (dont beaucoup ont travaillé pour la NASA et l'ESA) espèrent faire de la propulsion par fusion et d'autres méthodes de propulsion avancées une réalité au 21e siècle.
Des études ont également été menées qui ont considéré l'antimatière comme un moyen de propulsion. Cette méthode impliquerait la collision d'atomes d'hydrogène et d'antihydrogène dans une chambre de réaction, ce qui offre les avantages d'une densité d'énergie incroyable et d'une faible masse. Pour cette raison, NASA L'Institute for Advanced Concepts (NIAC) étudie la technologie comme moyen possible pour des missions de longue durée.
Entre 2017 et 2019, le Dr Frédéric Marin de l'Observatoire astronomique de Strasbourg a mené une série d'études très détaillées sur les paramètres nécessaires pour un navire de génération - y compris la taille minimale de l'équipage, la diversité génétique et la taille du navire. Dans tous les cas, lui et ses collègues se sont appuyés sur un nouveau type de logiciel numérique (appelé HERITAGE) qu'ils ont créé eux-mêmes.
Pour les deux premières études, le Dr Marin et ses collègues ont effectué des simulations qui ont montré qu'un équipage minimum de 98 (max.500) devait être couplé à une banque cryogénique de sperme, d'ovules et d'embryons afin d'assurer la survie (mais en évitant la surpopulation) ) ainsi que la diversité génétique et une bonne santé à l'arrivée.
Dans la troisième étude, le Dr Marin et une autre équipe de chercheurs ont déterminé qu'un navire de génération devrait mesurer 320 mètres (1050 pieds) de longueur, 224 mètres (735 pieds) de rayon et contenir au moins 450 m² (~ 4850 pieds² ) de terres artificielles pour l'agriculture. Cette terre garantirait également que l’eau et l’air du navire seraient recyclés dans le cadre d’un microclimat.
Les avantages
Le principal avantage d'un navire de génération est le fait qu'il peut être construit à l'aide d'une technologie éprouvée et n'aura pas à attendre des progrès technologiques considérables. En outre, l'objectif central du concept est de renoncer à la question de la vitesse et de la masse propulsive pour garantir qu'un équipage humain puisse éventuellement coloniser un autre système stellaire.
Comme nous l'avons exploré dans un article précédent, un navire de génération remplirait également deux objectifs majeurs d'exploration spatiale, qui sont de maintenir une colonie humaine dans l'espace et de permettre le voyage vers une exoplanète potentiellement habitable. En plus de cela, un équipage qui compte des centaines ou des milliers multiplierait les chances de coloniser avec succès une autre planète.
Dernier point, mais non des moindres, l'environnement spacieux d'un navire de génération permettrait de poursuivre plusieurs méthodes. Par exemple, une partie de l'équipage pourrait être maintenue dans des conditions de veille pendant la durée du voyage tandis qu'une autre partie pourrait être maintenue en suspension cryogénique. Les personnes pourraient également être réanimées et retourner à la suspension par équipes, minimisant ainsi les effets psychologiques du voyage de longue durée.
Malheureusement, c'est là que s'arrêtent les avantages et que commencent les problèmes / défis.
Désavantages
L'inconvénient le plus évident d'un navire de génération est le simple coût de construction et d'entretien de ces grands vaisseaux spatiaux, ce qui serait prohibitif. Il y a aussi le danger d'envoyer des équipages humains dans l'espace lointain pendant des périodes aussi longues. Lors d'un voyage qui prendrait des siècles ou des millénaires, il y a une possibilité distincte que l'équipage succombe à des sentiments d'isolement et d'ennui et se retourne.
Il y a ensuite les problèmes physiologiques que pourrait entraîner un voyage multigénérationnel dans l'espace. Il est bien connu que l'environnement de rayonnement dans l'espace lointain est significativement différent de l'environnement sur Terre ou en orbite terrestre basse (LEO). Même avec une protection contre les radiations, une exposition à long terme aux rayons cosmiques pourrait avoir un impact sérieux sur la santé de l'équipage.
Bien que la suspension cryogénique puisse aider à atténuer certains de ces problèmes, les effets à long terme de la cryogénie sur la physiologie humaine ne sont pas encore connus. Cela signifie que des tests approfondis seraient nécessaires avant qu'une telle mission ne puisse être tentée. Cela ne fait qu'ajouter aux considérations morales et éthiques globales que ce concept implique.
Enfin, il est possible que les progrès technologiques ultérieurs conduisent entre-temps au développement de vaisseaux spatiaux plus rapides et plus avancés. Ces navires, quittant la Terre bien plus tard, pourraient être en mesure de dépasser le navire de génération avant qu'il n'atteigne sa destination - rendant ainsi le voyage inutile.
Conclusions
Étant donné le coût élevé de la construction d'un navire de génération, les risques de faire un si long voyage, le nombre d'inconnues impliquées et la possibilité qu'il soit rendu inutile par les progrès de la technologie, il faut se poser la question: vaut-il la peine il? Malheureusement, comme tant de questions relatives aux voyages spatiaux multigénérationnels, il n'y a pas de réponse claire.
En fin de compte, si les ressources sont disponibles et que la volonté de le faire est là, les êtres humains pourraient très bien tenter une telle mission à terme. Il n'y aura aucune garantie de succès et, même si l'équipage réussit à atteindre un autre système stellaire et colonise une planète éloignée, il faudra des millénaires avant que quiconque sur Terre n'entende ses descendants.
Dans ces circonstances, il semblerait plus judicieux de simplement attendre d'autres avancées technologiques et d'essayer de devenir interstellaire plus tard. Cependant, tout le monde n'est peut-être pas disposé à attendre, et l'histoire a tendance à se souvenir de ceux qui défient les probabilités et prennent des risques. Et comme nous l'ont montré des entreprises comme Mars One, il ne manque pas de gens prêts à risquer leur vie pour coloniser un monde lointain!
Nous avons écrit de nombreux articles sur le thème des navires de génération ici au Space Magazine. Voici quel est le nombre minimum de personnes que vous devez envoyer dans un navire générationnel à Proxima Centauri? et quelle taille un navire de génération devrait-il avoir pour garder un équipage de 500 personnes en vie pour le voyage vers une autre étoile ?, La façon la plus efficace d'explorer toute la voie lactée, étoile par étoile, et les avantages et inconvénients de diverses méthodes de voyage interstellaire .
Sources:
- Wikipedia - Génération Navire
- Wikipédia - Arche interstellaire
- Chemins étranges - Arche interstellaire
- SFF - Themes: Generation Ships
- Mashable - Le rêve interstellaire se meurt
- Centauri Dreams - Worldships: Une entrevue avec Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Projet Hyperion: Le vaisseau spatial astéroïde creux - Diffusion d'une idée
- PATRIMOINE: un code Monte Carlo pour évaluer la viabilité des voyages interstellaires en utilisant un équipage multigénérationnel, Marin, Frédéric. JBIS, vol. 70, non. 5-6, 2017
- Calcul de l'équipage minimal pour un voyage spatial multigénérationnel vers Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, no. 2, 2018
- Contraintes numériques sur la taille des navires de génération à partir de la dépense énergétique totale à bord, de la production alimentaire annuelle et des techniques d'agriculture spatiale, Marin (et al.). 10, 2018
