Comme Bill Emrich, l'un des principaux ingénieurs de fusée à combustible nucléaire de la NASA, l'a déclaré: «Elon Musk et d'autres veulent amener des gens sur Mars et y établir une colonie. Si vous voulez aller sur Mars et laisser des gens sur Mars, vous pouvez le faire avec des fusées chimiques. Ce sera un chemin difficile mais possible. Mais si vous voulez ramener des gens sur Terre, vous êtes presque obligé d'utiliser des missiles nucléaires. Et à la NASA, nous sommes plus intéressés à ramener les gens chez eux. "
L'idée des moteurs de fusée nucléaire, née dans les années 1940, a semblé à beaucoup comme extrêmement attrayante, car ferait des voyages interplanétaires une routine quotidienne pour nous. Le sujet s'est avéré difficile, et aucune des puissances mondiales n'a encore pu se vanter d'un prototype vraiment fonctionnel d'une fusée avec une installation nucléaire ... Même s'il semble que tout n'est pas si désespéré: la NASA nous a préparé des nouvelles intéressantes sur ses nouveaux développements! Maintenant, tout est en ordre:
Le carburant décide
Les réacteurs nucléaires peuvent produire l'énergie et la poussée nécessaires pour acheminer rapidement un gros vaisseau spatial sur Mars et, si on le souhaite, même au-delà. Il est important de noter que les moteurs nucléaires sont destinés uniquement aux voyages interplanétaires, et non à une utilisation dans l'atmosphère terrestre: les fusées chimiques sortent l'appareil de l'orbite terrestre basse et alors seulement le système de propulsion nucléaire fonctionnera.
Le défi était de rendre ces moteurs nucléaires sûrs et légers. Comme l'a déclaré Jeff Sheehy, ingénieur en chef de la gestion des technologies spatiales de la NASA, "La technologie clé à améliorer est le carburant." Le combustible doit pouvoir résister à des températures ultra-élevées et à des conditions volatiles dans un moteur thermique nucléaire. Deux entreprises américaines ont récemment annoncé que leur combustible est suffisamment fiable pour un réacteur sûr, compact et performant. En fait, l'une de ces sociétés a déjà fourni à la NASA une conception détaillée du concept.
Un système de propulsion thermique nucléaire utilise l'énergie libérée par les réactions nucléaires pour chauffer l'hydrogène liquide à environ 2 430 ° C, soit environ huit fois la température centrale des centrales nucléaires. Le propulseur se dilate et est éjecté dans les buses à grande vitesse. Cela pourrait fournir deux fois la poussée par masse de carburant comme une fusée chimique, permettant aux navires à propulsion nucléaire de voyager plus longtemps et plus rapidement. De plus, une fois arrivé à destination, que ce soit la lune de Saturne Titan ou Pluton, le réacteur nucléaire peut passer d'un système de propulsion à une source d'énergie, permettant à l'engin de renvoyer des données de haute qualité pendant des années.
Pour obtenir suffisamment de poussée d'un missile nucléaire, de l'uranium hautement enrichi de qualité militaire était auparavant nécessaire. Le combustible à l'uranium faiblement enrichi utilisé dans les centrales électriques commerciales serait plus sûr à utiliser, mais il peut devenir cassant et se dégrader lorsqu'il est exposé à des températures élevées et à une attaque chimique de l'hydrogène hautement réactif.
Trois mois - et vous êtes sur Mars
La société de Seattle Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies a développé le concept d'un nouveau moteur de propulsion thermique nucléaire (NTP) et l'a livré à la NASA. Les experts promettent que leur développement permettra d'atteindre Mars en seulement trois mois. Selon le directeur spatial de la société, Michael Eads, leur moteur concept est beaucoup plus sûr que ses prédécesseurs et peut produire deux fois l'impulsion spécifique de ses homologues chimiques. Leur caractéristique de carburant sera qu'il aura une microcapsule entièrement céramique pour alimenter le réacteur du moteur, et sera également à base d'uranium avec un enrichissement supérieur à 5% et inférieur à 20%, ce qui se manifeste nettement mieux que le carburant pour réacteurs de puissance, mais «ne peut pas être utilisé à des fins néfastes, ce qui réduit considérablement le risque d’exploitation », déclare Eads.Le combustible de la société contient des particules microscopiques de combustible d'uranium revêtu de céramique dispersées dans une matrice de carbure de zirconium. Les microcapsules emprisonnent les sous-produits de la fission radioactive à l'intérieur, permettant à la chaleur de s'échapper.
Une autre société, BWX Technologies (Lynchburg, Virginie), collabore également avec la NASA, en plus de développer des conceptions utilisant la forme de carburant ci-dessus, offre une option alternative: le carburant enfermé dans une matrice métallique.
Les deux sociétés proposent deux modèles différents pour modérer les neutrons énergétiques de la fission afin de maintenir une réaction en chaîne pour éviter d'endommager la structure du réacteur. BWX place ses piles à combustible entre des cellules à hydrure et la conception unique d'USNC-Tech comprend un modérateur au béryllium métallique. «Notre combustible reste intact, résiste à l'hydrogène chaud et aux radiations, et n'absorbe pas tous les neutrons du réacteur», dit Eads.
USNC-Tech a déjà fabriqué de petits prototypes d'équipements basés sur son nouveau carburant et les a remis à la NASA pour des tests.
Bibliographie:
- GMT P. 23 D. 2020 | 16h00. Les fusées à propulsion nucléaire font un deuxième coup d'œil pour voyager sur Mars - IEEE Spectrum [ressource électronique]. URL: Spectrum.ieee.org/aerospace/space-flight/nuclear-powered-rockets-get-a-second-look-for-travel-to-mars
- Les fusées nucléaires, l'avenir des missions spatiales sur Mars - ASME [Ressource électronique]. URL: www.asme.org/topics-resources/content/the-future-of-nuclear-rockets-for-space-travel