Quelles sont certaines formes inhabituelles de propulsion spatiale?
Les formes typiques de propulsion spatiale actuelles sont les propulseurs de fusée à propergol solide, les fusées à propergol liquide et les fusées hybrides. Tous transportent leur carburant à bord et utilisent de l'énergie chimique pour produire une poussée. Malheureusement, elles peuvent coûter très cher: 25 à 200 kg de roquettes peuvent être nécessaires pour livrer une charge utile de 1 kg sur une orbite terrestre basse. Monter un kg sur une orbite terrestre basse coûte un minimum de 4 000 dollars US (USD) à compter de 2008. 10 000 USD pourraient être plus typiques.
L’approche de la fusée chimique au lancement et aux voyages dans l’espace est fondamentalement limitée. Parce qu'une fusée doit propulser son propre carburant vers le haut à travers la partie la plus dense de l'atmosphère, elle n'est pas très rentable. Une invention plus récente est le vaisseau spatial privé SpaceShipOne, qui utilisait un vaisseau porteur (White Knight) pour le transporter à une altitude de 14 km (8,7 mi) avant le lancement. À cette hauteur, plus haute que le mont. Everest, SpaceShipOne occupe déjà plus de 90% de l’atmosphère et peut utiliser son petit moteur hybride pour parcourir le reste de son trajet jusqu’à la périphérie de l’espace (100 km d’altitude). Les premiers engins de tourisme touristiques réutilisables et bon marché seront probablement basés sur ce modèle.
Au-delà du paradigme de la fusée chimique, plusieurs autres formes de propulsion spatiale ont été analysées. Les propulseurs ioniques, en particulier, ont déjà été utilisés avec succès par plusieurs engins spatiaux, notamment Deep Space 1, qui a visité la comète Borrelly et l'astéroïde Braille en 2001. Les propulseurs ioniques fonctionnent comme un accélérateur de particules, projetant des ions à l'arrière du moteur à l'aide d'un champ. Pour les voyages plus longs, de la Terre à la planète Mars, par exemple, les propulseurs ioniques offrent de meilleures performances que les formes classiques de propulsion spatiale, mais de manière marginale.
Les formes plus avancées de propulsion spatiale comprennent la propulsion par impulsions nucléaires et d’autres approches à propulsion nucléaire. La densité de puissance d'une centrale nucléaire ou d'une bombe nucléaire est plusieurs fois supérieure à celle de toute source chimique, et les fusées nucléaires seraient d'autant plus efficaces. Propulsion par impulsion nucléaire, une conception de référence des années 1960, appelée Orion - à ne pas confondre avec le véhicule d'exploration d'équipage Orion des années 2000 - selon laquelle il pourrait envoyer un équipage de 200 personnes sur Mars en seulement quatre semaines, contre 12 mois pour la mission de référence actuelle à puissance chimique de la NASA, ou les lunes de Saturne dans sept mois.
Une autre conception appelée Projet Daedalus n'aurait nécessité que 50 ans environ pour se rendre à l’étoile de Bernard, à 6 années-lumière de l’année, mais nécessiterait des progrès technologiques dans le domaine de la fusion par confinement inertiel (ICF). La plupart des recherches sur la propulsion par impulsions nucléaires ont été annulées en raison du traité d'interdiction partielle des essais en 1965, bien que l'idée ait fait l'objet d'une attention renouvelée récemment.
Une autre forme de propulsion spatiale, les voiles solaires, a fait l’objet d’un examen approfondi dans les années 1980 et 1990. Les voiles solaires utiliseraient une voile réfléchissante pour accélérer la charge utile en utilisant la pression de rayonnement du soleil. Ne transportant aucune masse de réaction, les voiles solaires pourraient être idéales pour les voyages rapides loin du soleil. Bien que les voiles solaires puissent mettre des semaines ou des mois à atteindre une vitesse appréciable, ce processus pourrait être accéléré en utilisant des lasers terrestres ou spatiaux pour diriger le rayonnement sur la voile. Malheureusement, la technologie permettant de plier et de déplier une voile solaire extrêmement mince n’est pas encore disponible, de sorte que la construction peut devoir se dérouler dans l’espace, ce qui complique considérablement les choses.
Une autre forme de propulsion spatiale, plus futuriste, consisterait à utiliser l’antimatière comme carburant de propulsion, comme certains vaisseaux spatiaux de la science-fiction. L’antimatière est aujourd’hui la substance la plus chère sur Terre, coûtant environ 300 milliards de dollars américains par milligramme. À ce jour, seuls quelques nanogrammes d’antimatière ont été produits, ce qui suffit pour éclairer une ampoule pendant plusieurs minutes.
La principale distinction entre nombre des technologies mentionnées et des fusées chimiques est que ces technologies peuvent peut-être accélérer les engins spatiaux à des vitesses proches de la lumière, contrairement aux fusées chimiques. L’avenir à long terme des voyages dans l’espace repose donc sur l’une de ces technologies.