Pour les agences spatiales et l’industrie spatiale commerciale, les priorités des deux prochaines décennies sont claires. Premièrement, des astronautes seront envoyés sur la Lune pour la première fois depuis l’ère Apollo, suivi de la création d’infrastructures permanentes qui leur permettront de s’y dire pendant de longues périodes. Ensuite, les premières missions avec équipage seront envoyées sur Mars, avec des missions de suivi tous les 26 mois, aboutissant à la création d’habitats de surface (et peut-être d’une base permanente). Pour atteindre ces objectifs, les agences spatiales étudient les systèmes de propulsion, d’alimentation et de survie de nouvelle génération.
Cela inclut la propulsion solaire-électrique (SEP), où l’énergie solaire est utilisée pour alimenter des propulseurs à effet Hall extrêmement économes en carburant. De même, ils étudient la propulsion nucléaire thermique (NTP) et les réacteurs nucléaires compacts, permettant des temps de transit plus courts et fournissant une alimentation électrique stable pour les habitats lunaires et martiens. Au-delà de la NASA, l’Agence spatiale britannique (UKSA) s’est associée à Rolls-Royce pour développer des systèmes nucléaires pour l’exploration spatiale. Dans un tweet récentle géant international de l’automobile et de l’aérospatiale a fourni un aperçu de ce à quoi ressemblera leur “micro-réacteur”.
Les générateurs thermoélectriques font partie intégrante de l’exploration spatiale à longue portée depuis des décennies. Les premières missions à s’appuyer sur eux incluent la Viking 1 et 2 orbiteurs et atterrisseurs qui ont été les premiers à explorer la surface de Mars. Les Voyager 1 et 2 les sondes, actuellement dans l’espace interstellaire, reposaient également sur des réacteurs thermoélectriques qui leur ont permis de rester en fonctionnement pendant plus de 45 ans. Au cours des dernières décennies, les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes multi-missions (MMRTG) ont permis des missions comme le Nouveaux horizons sonde et la Curiosité et Persévérance rovers.
En ce qui concerne l’avenir de l’espace et les objectifs d’exploration de la NASA, de l’ESA, de la Chine et d’autres, les chercheurs envisagent des technologies nucléaires qui ont été testées de manière approfondie depuis le début de l’ère spatiale – comme le moteur nucléaire pour l’application de véhicules-fusées (NERVA). Des efforts plus récents ont conduit à des programmes tels que le réacteur Kilopower de la NASA utilisant la technologie Stirling (KRUSTY) et l’effort NASA/DARP pour réaliser un vaisseau spatial qui reposerait sur la propulsion nucléaire-thermique (NTP). Pour ne pas être en reste, l’UKSA (partie intégrante de l’ESA) s’est associée au principal développeur aérospatial britannique.
Le partenariat a été annoncé en décembre 2021, Rolls-Royce déclarant avoir signé un contrat avec l’UKSA pour étudier les options d’énergie nucléaire pour les futures missions spatiales. La technologie résultante fournira des systèmes de propulsion et d’alimentation pour des missions de longue durée loin de la Terre, où l’énergie solaire n’est pas toujours une option. Cela inclut le bassin Pôle Sud-Aitken, où la NASA, l’ESA, la Chine et la Russie prévoient tous de construire des habitats de surface dans les années à venir. Dans cette région, une seule “nuit lunaire” dure quatorze jours, suivie de quatorze autres jours de soleil perpétuel.
Au cours d’une année martienne (qui dure environ 687 jours terrestres), la distance entre Mars et le Soleil varie de 1,38 à 1,66 fois la distance entre la Terre et le Soleil. En conséquence, Mars reçoit environ la moitié de l’énergie de la Terre, et les tempêtes de poussière saisonnières peuvent conduire à un ciel très couvert qui peut faire des ravages avec les panneaux solaires. Quelques exemples incluent le Occasion rover, qui est resté en fonctionnement continu sur Mars pendant 15 ans jusqu’à ce qu’une tempête de poussière mondiale en 2018 mette fin à la mission. Plus récemment, le Aperçu l’atterrisseur a cessé ses activités en raison de l’accumulation de poussière sur ses panneaux solaires.
Un autre problème lié à l’envoi de missions avec équipage sur Mars est le temps de transit impliqué. L’architecture de mission actuelle de la NASA et de l’Agence spatiale nationale chinoise (CNSA) consiste à lancer des missions tous les 26 mois pour coïncider avec le fait que Mars et la Terre se trouvent à leurs points les plus proches sur leur orbite (c’est-à-dire une opposition à Mars). Utilisant la technologie conventionnelle, ces missions prendront (au minimum) six mois pour atteindre la planète rouge. Pendant ce temps, les équipages seront exposés à des niveaux élevés de rayonnement solaire et cosmique et vivront en microgravité.
Conformément à l’accord, Rolls-Royce développe un “micro-réacteur” pour permettre la propulsion nucléaire et l’alimentation de base en surface. Le concept a été dévoilé en octobre 2021 lors de la conférence du Congrès international d’astronautique (IAC) à Dubaï. Comme ils l’ont décrit dans un communiqué de presse, le système serait capable de fournir de l’énergie dans la gamme “watts à mégawatts”, et la technologie aurait des applications dans l’espace et ici à la maison. Ils ont en outre déclaré qu’ils prévoyaient de préparer un prototype de micro-réacteur pour 2029. Abi Clayton, directeur des programmes futurs chez Rolls-Royce, a déclaré à l’époque :
« Parallèlement à la technologie des microréacteurs, nous apportons également nos connaissances nucléaires dans le développement de systèmes d’alimentation radio-isotopes et les opportunités spatiales de conversion de la « chaleur de désintégration » en énergie électrique via des générateurs thermoélectriques ou des pièces mobiles. C’est une période très excitante pour l’équipe des programmes futurs et pour le développement de l’énergie nucléaire chez Rolls-Royce. »
La première maquette présentée dans le tweet est de la même conception que le mini-réacteur présenté à l’IAC 2021. Cette fois, cependant, la société a fourni quelques détails supplémentaires sur son fonctionnement, en écrivant: «Un micro-réacteur Rolls-Royce est conçu pour utiliser une forme de carburant intrinsèquement sûre et extrêmement robuste. Chaque particule d’uranium est encapsulée dans plusieurs couches protectrices qui agissent comme un système de confinement, lui permettant de résister à des conditions extrêmes.
D’autres teasers, comme les nombreuses vidéos et impressions d’artistes présentées sur le site Web Rolls-Royce Space, montrent les nombreuses applications et rôles qu’ils espèrent que cette technologie aura. Ceux-ci incluent des réacteurs qui alimenteraient des habitats de surface sur la Lune et Mars (auxquels ils incluent l’acquisition et l’utilisation de ressources) et des engins spatiaux nucléaires à transit rapide qui exploreront au-delà du système Terre-Lune et même au-delà de Mars. D’autres applications potentielles incluent les avions spatiaux hypersoniques, les petits satellites et l’assemblage en orbite.
Bien que les détails du micro-réacteur soient encore limités, il est clair que l’UKSA et Rolls-Royce ont l’intention de participer activement à l’avenir de l’exploration spatiale et de la commercialisation de l’espace. A déclaré Amanda Solloway, députée, sous-secrétaire d’État parlementaire et ministre de la Science, de la Recherche et de l’Innovation :
«Alors que nous reconstruisons mieux après la pandémie, ce sont des partenariats comme celui-ci entre les entreprises, l’industrie et le gouvernement qui aideront à créer des emplois et à proposer des innovations pionnières qui feront progresser les vols spatiaux britanniques. L’énergie nucléaire présente des possibilités de transformation pour l’exploration spatiale et l’étude innovante que nous menons avec Rolls-Royce à ce sujet pourrait aider à propulser notre prochaine génération d’astronautes dans l’espace plus rapidement et plus longtemps, augmentant considérablement notre connaissance de l’univers.
Lectures complémentaires : Espace Rolls-Royce
