20 juin 2021

Testez la technologie spatiale de nouvelle génération dans le programme spatial Kerbal

Par beasys


Image promotionnelle pour le jeu vidéo Kerbal Space Program.

La plupart des jeux perdent de leur pertinence après quelques années, mais le jeu de construction de fusée indépendant Programme spatial Kerbal est un peu différent. C’est un outsider de 10 ans d’un jeu avec un culte de programmeurs, d’ingénieurs, de candidats astronautes et de vos amateurs typiques d’explosions laïques, et il a une communauté unique et active de moddeurs qui ont corrigé des bugs, ajoutant nouvelles fonctionnalités, et généralement garder le jeu frais pendant près d’une décennie.

Dans le jeu, vous êtes le directeur omniscient d’un programme spatial composé de petits hommes verts (et de la petite femme verte bien-aimée Valentina Kerman – nous vous voyons, pionnière) que vous envoyez vers le ciel dans un vaisseau spatial de votre propre conception. On a souvent l’impression de regarder ces vieilles vidéos floues de fusées lancées pour redescendre tout droit dans une explosion de schadenfreude enflammée : vous vous sentez un peu effrayé, un peu sadique, et vous avez vraiment envie de réessayer.

L’art imite la vie

L’un des plus prolifiques Kerbal modders est Chris Adderley, Nertea dans le jeu, qui est ingénieur de jour pour la société spatiale canadienne MDA, concevant des systèmes au sol qui récupèrent les données des engins spatiaux. Mais pendant son temps libre, Adderley prend lui-même le siège du pilote. Il a commencé à jouer Programme spatial Kerbal peu de temps après sa sortie, et en 2013 a commencé à construire son premier mod pour le jeu – un pack de pièces de rechange, y compris un réservoir de carburant au xénon et un propulseur magnétoplasmadynamique (essayez de dire cela trois fois plus vite).

Depuis lors, il a conçu des dizaines de modules supplémentaires, y compris un avion spatial Mark IV et des modules complémentaires de station spatiale comme des centrifugeuses et des habitats gonflables.

«Je construis des choses que j’aimerais nous voir en tant qu’espèce construire à l’avenir», explique Adderley.

Récemment, Addlerley a décidé de prendre certains des concepts de moteurs de fusée théoriques les plus plausibles du futur lointain et de les intégrer dans le jeu, introduisant un moyen pour les joueurs d’essayer ces concepts de science-fiction dans un environnement simulé qui peut nous apprendre comment ils pourraient réellement travailler, à un niveau plus pratique, à l’avenir.

Adderley a passé au peigne fin des dizaines d’articles scientifiques décrivant les plans théoriques de ces systèmes de propulsion ultra-avancés, à la recherche de ceux qui étaient les plus réalistes.

« Tout le monde essaie de vendre son projet comme le système de propulsion du futur », explique Adderley. “Vous devez en quelque sorte penser de manière un peu critique à ce que les gens ont fait signe de la main.”

Il a calculé les chiffres, considéré la puissance dont un moteur spécifique aurait besoin, comment gérer la chaleur produite et comment exploiter l’énergie pour propulser la fusée virtuelle plus loin. “C’était super amusant, ce qui pourrait être une déclaration super ringard, mais vous savez.”

En fin de compte, il a construit 13 concepts de moteurs différents, y compris des moteurs à fusion, comme L’étendueL’entraînement d’Epstein est théorisé comme étant : des moteurs à fission et des fusées à antimatière.

Bien que nous n’ayons pas encore la technologie pour implémenter ces démons à impulsion spécifique, il existe une valeur réelle dans le fait de pouvoir simuler des moteurs avancés dans un environnement à faibles enjeux. En fait, c’est un si bon bac à sable que les ingénieurs de SpaceX et du Jet Propulsion Laboratory ont utilisé les graphiques Kerbal dans leurs présentations. En 2018, la NASA a publié Open MCT, un logiciel de visualisation de données de télémétrie conçu pour l’exploitation d’engins spatiaux, au public sur Github. Il est coûteux et chronophage de tester ces systèmes sur de vrais engins spatiaux, de sorte que certains participants ont plutôt exécuté leurs programmes via Kerbal.

Pour Sumontro Sinha, ingénieur en aérospatiale et chercheur en fusion au Propulsion Research Lab de l’Université de l’Alabama à Huntsville, Kerbal est la référence pour tester de nouvelles idées et former de nouveaux ingénieurs.

« Au lieu de diapositives PowerPoint et de pages d’équations, créez simplement le vaisseau et voyez comment il fonctionne », dit-il. « Si cela fonctionne à Kerbal, alors il a de bonnes chances de fonctionner dans la vraie vie. »

Donut puissance

Le moteur de fusion tokamak sphérique est basé sur le vaisseau spatial fictif dans 2001 : L’Odyssée de l’Espace, sans HAL l’IA tueuse. Adderley a trouvé la science réelle derrière cela dans une étude de la NASA, dans laquelle l’auteur principal de l’article, Craig Williams, dit que la NASA a financé un certain nombre de projets axés sur le développement de systèmes de propulsion avancés. L’équipe de Williams a conçu un moteur qui utilise l’énergie produite par une réaction de fusion pour générer une poussée. La fusion se produit naturellement à l’intérieur d’étoiles comme notre soleil, où les atomes légers sont surchauffés au point où leurs électrons et neutrons se découplent et les neutrons, normalement repoussants les uns aux autres, fusionnent et produisent des quantités massives d’énergie. L’un des plus grands défis de la production de cette énergie sur Terre est que vous avez besoin d’un moyen de confiner le plasma résultant et d’exploiter sa puissance.

Une façon de le faire est d’utiliser un tokamak, un appareil qui génère un champ magnétique en forme de beignet qui maintient le plasma surchauffé en place. Dans le prototype de moteur de Williams, ce tokamak serait presque sphérique, ressemblant davantage à un trou de beignet. L’échappement produit propulserait le véhicule à plus de 166 000 mph, emmenant les passagers à Jupiter en un peu moins de 4 mois. Pour mettre cela en perspective, la sonde spatiale Voyager s’éloigne de notre système solaire à 35 000 mph.

Lorsque l’article de Williams est sorti en 2001, les auteurs ont écrit que la capacité de produire ce type de moteur pourrait prendre 30 ans. Maintenant que nous sommes en 2021, Williams révise son estimation. « Nous ne sommes probablement pas plus proches », dit-il. Son article est sorti à une époque d’enthousiasme pour la propulsion avancée, mais une grande partie de ce zèle a diminué jusqu’à récemment. « On ne peut pas vraiment faire beaucoup de progrès lorsqu’il n’y a pas de programme actif en cours », dit-il. “Jusqu’à ce que vous redémarriez l’horloge, cette projection sur 30 ans continuera d’avancer.” Dommage. Mais dans les décennies qui nous séparent de l’ère humaine des vacances de deux semaines sur Saturne, vous pouvez toujours essayer votre propre version numérique du moteur de Williams.

Chevauchez la foudre nucléaire

Le moteur de fusée à fragments de fission Afterburner est basé sur une autre étude de concept de moteur financée par la NASA à partir de 2011 qui utilise l’énergie créée dans les réactions nucléaires pour propulser un vaisseau spatial vers l’avant. Les réacteurs remplis d’américium, une matière rare hautement radioactive qui est un sous-produit des réactions nucléaires entraînées par l’uranium, génèrent des produits de fission qui s’écoulent dans une chambre. Cette chambre est injectée d’hydrogène gazeux, qui est intensément excité lorsqu’il rencontre les fragments de fission et génère un plasma qui est canalisé à travers une puissante buse magnétique comme poussée.

Avec cette percée, un aller-retour vers Mars prendrait 292 jours, dont un séjour de 60 jours sur la planète. Bien que le moteur soit globalement plus lent qu’un moteur à fusion, il est beaucoup plus proche de ce dont nous sommes technologiquement capables actuellement.

« La fusée nucléaire thermique est une technologie en cours de développement et elle a déjà été démontrée », explique Jason Cassibry, qui dirige le Propulsion Research Center de l’Université de l’Alabama à Huntsville. En avril, la DARPA a sélectionné trois entrepreneurs pour faire la démonstration de la première phase d’une fusée thermique nucléaire, et la NASA et le DOE ont lancé un appel pour des conceptions préliminaires similaires en février. Cassibry dit que les moteurs à fragments de fission et à impulsions nucléaires ne sont pas loin derrière, mais ils ont des obstacles techniques supplémentaires à affronter, notamment comment détourner toute cette énergie de la coque du vaisseau spatial afin qu’elle ne brûle pas dans l’espace.

Cette histoire est apparue à l’origine sur wired.com.