Échanger du temps contre du carburant express
Un remorqueur spatial à moteur ionique accélère lentement, mais consomme très peu de carburant. Pour passer d'une orbite à une autre, il faut résoudre un problème délicat : combien de temps allumer le moteur et où le diriger. On cherche généralement le trajet le plus rapide pour une masse donnée de l'engin. Les auteurs de ces travaux ont inversé la condition : ils se demandent quelle peut être la masse initiale maximale si le temps de transfert est déjà fixé.
Cette approche a été appelée le problème de la plus grande masse initiale. Mathématiquement, elle ressemble à la recherche du trajet le plus rapide, mais avec un signe différent. Il s'avère qu'à chaque chemin le plus rapide correspond une variante limite en masse, et vice versa. Cela permet d'utiliser des solutions déjà connues pour construire de nouvelles trajectoires — de manière plus fluide et plus fiable.
La méthode a été testée sur un exemple classique : le transfert d'un satellite d'une orbite elliptique haute vers l'orbite géostationnaire (orbite circulaire à environ 36 000 km d'altitude). Les calculs ont non seulement confirmé le chemin le plus rapide connu, mais ont aussi révélé des branches de solutions supplémentaires. Certaines d'entre elles étaient auparavant considérées comme les plus rapides, mais se sont avérées être les plus lentes parmi celles possibles pour la même masse initiale.
Un moteur ionique produit une poussée en accélérant des particules chargées par un champ électrique. La force de poussée est minuscule — environ le poids d'une feuille de papier sur la paume de la main — mais elle fonctionne pendant des mois et économise le carburant des dizaines de fois mieux que les moteurs chimiques.
Dans le roman « Seul sur Mars » d'Andy Weir, le moteur ionique du vaisseau « Hermès » fonctionne pendant des années, accélérant lentement mais sûrement la navette interplanétaire — c'est exactement le cas où la masse et l'économie de carburant priment sur la vitesse.