Les prochaines décennies d’exploration spatiale verront les astronautes retourner sur la Lune, les premières missions en équipage vers Mars et les missions robotiques vers le système solaire externe (entre autres). Ces missions s’appuieront sur des technologies innovantes qui permettent des transits plus rapides, des séjours de longue durée et une vie durable loin de la Terre. À cette fin, la NASA et d’autres agences spatiales étudient les applications nucléaires, notamment en matière d’énergie et de propulsion. Beaucoup de ces propositions sont dans les livres depuis le début de l’ère spatiale et ont été soigneusement validées.
Mardi 24 janvier, la NASA et la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ont annoncé le lancement d’un accord interagences pour développer un concept de propulsion nucléaire-thermique (NTP). La fusée nucléaire proposée est connue sous le nom de fusée de démonstration pour les opérations cislunaires agiles (DRACO), qui permettrait des missions de transit rapide vers Mars (des semaines au lieu de mois). Ce programme en trois phases culminera avec une démonstration du DRACO en orbite, qui devrait avoir lieu début 2027.
Depuis le début de l’ère spatiale, la NASA et d’autres agences spatiales ont examiné plusieurs propositions d’engins spatiaux nucléaires. Celles-ci peuvent être regroupées en deux catégories : la propulsion nucléaire thermique et la propulsion nucléaire électrique (NTP/NEP). Pour le NTP, un réacteur nucléaire chauffe le propulseur au deutérium ou au tritium (hydrogène-2 ou -3) pour créer du plasma, qui est ensuite canalisé à travers des tuyères pour générer une poussée. Dans une fusée NEP, un réacteur alimente un propulseur à effet Hall qui ionise un gaz inerte (comme le xénon) et l’accélère pour générer une poussée. Alors que le NEP offre une impulsion spécifique (Isp) plus élevée ou des périodes de poussée plus longues, le NTP offre une plus grande poussée.
Plusieurs propositions de systèmes NTP ont été faites ces dernières années qui pourraient réduire les temps de transit vers Mars à moins de 100 jours – certains aussi peu que 45 jours ! Disposer d’une technologie de transport plus rapide et plus efficace est essentiel pour les missions avec équipage vers Mars et est conforme aux objectifs Moon to Mars de la NASA. En utilisant des fusées conventionnelles, voyager vers Mars prendrait de six à neuf mois, et les missions ne peuvent être lancées que tous les 26 mois (coïncidant avec une opposition à Mars). Au cours de ces transits, les astronautes seront exposés à des niveaux élevés de rayonnement solaire et cosmique.
Ils passeront également toute la période en microgravité, ce qui pèse lourdement sur la physiologie humaine. Enfin, les voyages plus longs nécessitent plus de ravitaillement et d’espace de stockage, ce qui est limité à bord du Orion vaisseau spatial, qui sert de salle de commande, de dortoir et de salle à manger pour son équipage. Un système de propulsion plus puissant permet des engins spatiaux plus grands pouvant accueillir des charges utiles scientifiques plus importantes et fournir plus de puissance pour l’instrumentation et la communication. Comme l’a dit l’administrateur Bill Nelson dans un récent communiqué de presse de la NASA :
“La NASA travaillera avec notre partenaire de longue date, la DARPA, pour développer et démontrer une technologie de propulsion nucléaire thermique avancée dès 2027. Avec l’aide de cette nouvelle technologie, les astronautes pourraient voyager vers et depuis l’espace lointain plus rapidement que jamais – une capacité majeure pour se préparer à des missions en équipage vers Mars. Félicitations à la NASA et à la DARPA pour cet investissement passionnant, alors que nous enflammons l’avenir, ensemble.
Selon l’accord, la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA dirigera le développement technique du moteur thermique nucléaire, qui sera intégré au vaisseau spatial construit par la DARPA. La DARPA dirigera l’ensemble du programme en tant qu’autorité contractante, supervisant l’intégration et l’approvisionnement des systèmes de fusée, les approbations, la planification et d’autres considérations. La NASA et la DARPA collaboreront à l’assemblage du moteur avant la démonstration dans l’espace dès 2027. A déclaré la directrice de la DARPA, le Dr Stefanie Tompkins :
«La DARPA et la NASA ont une longue histoire de collaboration fructueuse dans l’avancement des technologies pour nos objectifs respectifs, de la fusée Saturn V qui a emmené des humains sur la Lune pour la première fois à l’entretien robotique et au ravitaillement en carburant des satellites. Le domaine spatial est essentiel au commerce moderne, à la découverte scientifique et à la sécurité nationale. La capacité d’accomplir des progrès considérables dans la technologie spatiale grâce au programme de fusées thermiques nucléaires DRACO sera essentielle pour transporter plus efficacement et plus rapidement des matériaux vers la Lune et, éventuellement, des personnes vers Mars.
Pour la NASA, les efforts antérieurs pour développer des technologies nucléaires pour l’exploration spatiale comprennent le moteur nucléaire pour l’application de véhicules-fusées (NERVA), qui a été testé avec succès en 1964 et 1969. Les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) ont été testés dans l’espace depuis 1961 et faisaient partie de les Apollon expériences de surface des missions. Depuis lors, les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes multi-missions (MMRTG) ont alimenté des sondes robotiques comme le Viking, Voyageur, Galilée, Cassini, et Nouveaux horizons missions, et les Curiosité et Persévérance rovers.
La NASA, le Département de l’énergie (DOE) et des partenaires commerciaux et industriels travaillent également à la réalisation de technologies nucléaires pour plusieurs profils de mission. Cela inclut le projet Fission Surface Power de la NASA, qui étend son projet Kilopower Reactor Using Sterling TechnologY (KRUSTY) pour développer des réacteurs nucléaires qui pourraient alimenter des missions de longue durée sur la Lune, Mars et au-delà. En juin, la NASA et le DOE ont accordé trois efforts de conception commerciale pour développer des concepts de centrales nucléaires qui pourraient être utilisés à la surface de la Lune et, plus tard, de Mars.
Cette année, le programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA a attribué des contrats de phase I à plusieurs technologies nucléaires proposées. Ceux-ci incluent un réacteur hybride à fusion/fission rapide qui alimenterait une mission vers Europe, un moteur thermique nucléaire qui pourrait permettre des missions vers Mars en seulement 45 jours, et une batterie nucléaire miniature qui pourrait permettre des missions CubeSat vers le système solaire externe. . A déclaré Jim Reuter, administrateur associé de STMD.
« Grâce à cette collaboration, nous tirerons parti de notre expertise acquise lors de nombreux projets antérieurs de propulsion et d’énergie nucléaire dans l’espace. Les récents progrès en matière de matériaux et d’ingénierie aérospatiaux permettent une nouvelle ère pour la technologie nucléaire spatiale, et cette démonstration en vol sera une réalisation majeure vers l’établissement d’une capacité de transport spatial pour une économie Terre-Lune.
Lectures complémentaires : NASA
