Comment un moteur de fusée nucléaire de la NASA pourrait libérer le système solaire
Ce sera sûr, disent les ingénieurs.
La NASA et l’armée américaine prévoient de tester un moteur de fusée à propulsion nucléaire dans l’espace dès 2027, ce qui pourrait révolutionner la façon dont les gens voyagent dans le cosmos au cours des prochaines décennies.
Les deux agences vont travailler sur une propulsion nucléaire thermique système, une technologie que la NASA veut utiliser pour envoyer des humains sur Mars à la fin des années 2030. Mais la mission de test – connue sous le nom de Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, ou le programme DRACO – n’impliquerait pas les astronautes.
Les partisans des fusées à propulsion nucléaire ont longtemps souligné les avantages : permettre aux engins spatiaux de voyager plus rapidement, de transporter des charges plus lourdes de personnes et de marchandises et d’utiliser le carburant plus efficacement que les fusées à base de produits chimiques d’aujourd’hui. Dernièrement, l’idée a galvanisé, avec 110 millions de dollars budgétés pour le projet cette année.
On ne sait pas exactement ce que les gens ordinaires savent de la technologie et si le projet ravivera les inquiétudes concernant les catastrophes nucléaires. La NASA et les dirigeants de la défense affirment que la fusée sera sans danger pour les personnes au sol et rendra éventuellement les voyages dans l’espace plus sûrs pour les astronautes : des voyages plus rapides signifient qu’ils seront moins exposés aux rayons cosmiques nocifs.
Mais lors de la conférence de l’American Institute of Aeronautics and Astronautics, où la nouvelle collaboration a été annoncée à Washington, DC mardi, le modérateur a peut-être parlé au nom de la conscience collective lorsqu’il a déclaré : « Évidemment, le public va dire : ‘Vous’ vas-tu me mettre un réacteur sur la tête ?' »
« Nous mettons des matières radioactives dans l’espace, mais nous avons conçu l’ensemble du processus pour qu’il soit sûr », a déclaré Stefanie Tompkins, directrice de la Defense Advanced Research Projects Agency, la branche de recherche et développement de l’armée, qui dirige l’ensemble du programme. « Une partie de la raison de le faire dans l’espace à bien des égards est que c’est plus sûr que d’avoir à le faire sur Terre. »
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Comment les fusées nucléaires changeraient-elles les voyages spatiaux ?
Les experts ont décrit les fusées à propulsion nucléaire à Indigo Buzz comme étant une technologie de pointe, au niveau de l’entraîneur de cheval et du buggy à la locomotive à vapeur ou du téléphone fixe au smartphone. À l’heure actuelle, les ingénieurs comptent sur le balancement des planètes pour obtenir des augmentations de gravité, le coup de pouce supplémentaire nécessaire pour envoyer des sondes spatiales profondément dans le système solaire. Mais l’énergie nucléaire éviterait aux missions d’avoir à attendre parfois des années pour le bon timing des orbites.
« Vous ouvrez le système solaire extérieur à l’exploration scientifique. Vous n’avez pas à attendre que les planètes s’alignent. Vous aurez des opportunités de lancement chaque année », a déclaré Dale Thomas, directeur adjoint de l’Université de l’Alabama à Huntsville. Centre de recherche sur les propulsions. « Et, au fait, puisque nous parlons de trajectoires directes, vous y arrivez en environ la moitié du temps. »
Avec la propulsion nucléaire-thermique, se rendre sur Mars pourrait prendre aussi peu que deux mois au lieu de neuf, selon le chemin emprunté, ont déclaré les ingénieurs. Et réduire le temps de trajet aurait l’avantage de limiter les ravitaillements nécessaires à un tel trajet.
Pourquoi les États-Unis ont-ils cessé de tester des fusées nucléaires ?
Les derniers essais de moteur de fusée thermique nucléaire aux États-Unis ont eu lieu il y a plus de 50 ans. Pendant ce temps, le Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique a aidé à construire des fusées nucléaires pour le programme Project Rover de la NASA. Le programme s’est terminé en 1972 lorsque le président Richard Nixon a pris la décision politique de réduire le financement des missions humaines sur Mars et de concentrer à la place les dépenses sur la navette spatiale et la recherche en orbite terrestre basse.
Un système de propulsion thermique nucléaire pomperait de l’hydrogène liquide à travers un réacteur, où les atomes d’uranium se sépareraient et dégageraient de la chaleur. Ce processus, connu sous le nom de fissionconvertirait l’hydrogène en gaz et l’éjecterait à travers une buse, créant une poussée pour propulser un vaisseau spatial.
« Vous ouvrez le système solaire extérieur à l’exploration scientifique. Vous n’avez pas à attendre que les planètes s’alignent. Vous aurez des opportunités de lancement chaque année. »
Le « changeur de jeu » dans le développement de la technologie aujourd’hui est une nouvelle forme d’uranium, qui n’est pas considérée comme un matériau de qualité militaire. Cela ouvre la porte aux entreprises spatiales commerciales pour travailler sur des spin-offs après la mission de test, a déclaré Pam Melroy, administratrice adjointe de la NASA.
Mais cet uranium faiblement enrichi pose l’un des plus grands défis pour la NASA. Les matériaux en contact direct avec le combustible du réacteur doivent résister à plus de 4 600 degrés Fahrenheit, soit environ la moitié de la température de la surface du soleil.
Les fusées à propulsion nucléaire sont-elles sûres ?
En termes de sécurité, les ingénieurs disent que les systèmes nucléaires ne seraient pas du tout utilisés sur la rampe de lancement. En fait, c’est l’une des idées fausses les plus courantes sur la technologie. Dans une sorte d’approche hybride, des fusées chimiques feraient décoller le vaisseau spatial. Puis, une fois que le navire a grimpé à une altitude dans l’espace entre 400 et 1 300 miles – bien au-dessus de la Station spatiale internationale — les moteurs nucléaires prendraient le relais. C’est essentiel pour s’assurer que le matériau n’est plus radioactif au moment où il rentre dans l’atmosphère terrestre, a déclaré Melroy.
Si, pour une raison quelconque, la fusée chimique explose et que le moteur à propulsion nucléaire se retrouve dans l’océan, le matériel nucléaire ne peut toujours pas « devenir critique », a déclaré Thomas. Le système de fusée dans l’espace ne fonctionne pas tant qu’il n’a pas atteint l’orbite.
Les plus grands risques de sécurité entrent peut-être en jeu lors des essais au sol, une étape cruciale avant le lancement. Les ingénieurs auront besoin d’énormes installations qui n’existent pas encore pour capturer les gaz d’échappement, une recommandation publiée dans un rapport indépendant de 2021 La NASA avait demandé aux National Academies d’étudier la propulsion nucléaire. De nouvelles constructions ou des modifications aux installations existantes pourraient coûter des milliards de dollars.
La sécurité des installations de test est une considération qui ne s’est pas produite il y a des décennies lorsque les ingénieurs travaillaient sur des versions antérieures de ces systèmes, a déclaré Roger Myers, un consultant en aérospatiale qui a coprésidé l’étude des National Academies.
« Le gouvernement américain a tiré des moteurs de fusées nucléaires dans le désert du Nevada dans la nuit, à la fin des années 1960 et au début des années 1970, et ils les ont tirés en plein air », a déclaré Myers. « Nous sommes beaucoup plus prudents aujourd’hui. »
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Risques d’exposition aux radiations pour les astronautes
De manière peut-être surprenante, les experts affirment que les futurs astronautes ne seraient pas plus exposés aux rayonnements à cause du moteur – leur plus grande préoccupation serait toujours le rayonnement de l’espace lointain du soleil. Cela vient de la conception du navire, a déclaré Thomas. La NASA a une subvention de recherche pour modéliser comment un vaisseau spatial pourrait être conçu pour fonctionner avec des moteurs de fusée à propulsion nucléaire.
L’équipage serait à l’avant et le moteur à l’arrière, avec un grand réservoir d’hydrogène entre eux. L’hydrogène se trouve être un absorbeur de neutrons exceptionnel. Traduction : « C’est comme si votre carburant était votre bouclier », a déclaré Thomas. « Je dirais que vous êtes en fait en meilleure forme avec la fusée nucléaire-thermique » qu’avec un système chimique hérité.
« C’est comme si votre carburant était votre bouclier. »
Un autre avantage pour les astronautes est que les fusées à propulsion nucléaire offrent à l’équipage des chances d’interrompre une mission dans l’espace lointain. Sur les moteurs chimiques, une fois qu’un vaisseau spatial se dirigeait vers Mars, il n’y aurait plus de retour jusqu’à ce que les planètes s’alignent à nouveau.
Fusées nucléaires thermiques vs nucléaires électriques
Autres types de propulsion nucléaire ne sont pas développés dans le cadre du programme collaboratif DRACO, comme l’énergie électronucléaire. Une fusée électronucléaire utiliserait un réacteur pour créer de l’électricité comme une petite centrale électrique. Myers pense que la NASA devrait investir dans chacun d’eux car ils présentent des avantages différents pour les voyages spatiaux. Mais rejoindre le ministère de la Défense dans ce projet d’essai nucléaire-thermique était sage pour combiner les ressources, a-t-il déclaré.
Il y a aussi quelque chose dans tout cela pour les gens qui ont les pieds sur Terre. Si les scientifiques et les ingénieurs peuvent développer un combustible et un réacteur capables de supporter une température extrêmement élevée, cela pourrait conduire à des centrales nucléaires plus sûres sur le terrain.
« Les combustibles des réacteurs qui fonctionneront là-bas, si vous les mettez dans un réacteur terrestre, ils rendront ce réacteur à l’épreuve des balles », a-t-il déclaré.
