La puissance de fusion est la technologie dans 30 ans, et le sera toujours, selon les sceptiques, au moins. Malgré sa transition difficile vers une source d'alimentation fiable, les réactions nucléaires qui alimentent le soleil ont une grande variété d'utilisations dans d'autres domaines. Le plus évident est dans les armes; Les bombes à hydrogène sont à ce jour les armes les plus puissantes que nous ayons jamais produites. Mais il existe un autre cas d'utilisation beaucoup moins destructeur et qui pourrait s'avérer beaucoup plus intéressant :les disques spatiaux.

Le concept fusion drive, appelé entraînement à fusion directe (ou DFD), est en cours de développement au Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Scientifiques et ingénieurs là-bas, dirigé par le Dr Samuel Cohen, travaillent actuellement sur la deuxième itération de celui-ci, connu sous le nom de configuration inversée du champ de Princeton-2 (PFRC-2). Finalement, les développeurs du système espèrent le lancer dans l'espace pour le tester, et finalement devenir le principal système d'entraînement des engins spatiaux voyageant à travers le système solaire.

Il existe déjà une cible particulièrement intéressante dans le système solaire externe qui est similaire à la Terre à bien des égards :Titan. Ses cycles liquides et son potentiel d'abriter la vie ont fasciné les scientifiques depuis qu'ils ont commencé à collecter des données à son sujet. Et si nous utilisions correctement le DFD, on pourrait y envoyer une sonde dans un peu moins de deux ans, selon les recherches effectuées par une équipe d'ingénieurs en aérospatiale du département de physique du New York City College of Technology, dirigé par le professeur Roman Kezerashvili et rejoint par deux boursiers du Politecnico di Torino en Italie—Paolo Aime et Marco Gajeri.

Bien qu'encore en développement, le moteur lui-même exploite de nombreux avantages de la fusion aneutronique, notamment un rapport poids/puissance extrêmement élevé. Le carburant pour un entraînement DFD peut varier légèrement en masse et contient du deutérium et un isotope de l'hélium-3. Même avec des quantités relativement faibles de carburant extrêmement puissant, le DFD peut surpasser les méthodes de propulsion chimique ou électrique qui sont couramment utilisées aujourd'hui. L'impulsion spécifique du système, qui est une mesure de l'efficacité avec laquelle un moteur utilise le carburant, est estimé être comparable aux moteurs électriques, le plus efficace actuellement disponible. En outre, le moteur DFD fournirait 4-5 N de poussée en mode basse puissance, à peine moins que ce qu'une fusée chimique produirait sur de longues périodes. Essentiellement, le DFD reprend l'excellente impulsion spécifique des systèmes de propulsion électrique et la combine avec l'excellente poussée des fusées chimiques, pour une combinaison qui allie le meilleur des deux systèmes de vol.

Toutes ces spécifications améliorées sont excellentes, mais pour être utile, ils doivent en fait trouver un vaisseau spatial quelque part. Les auteurs de l'article ont choisi Titan, en grande partie parce que c'est relativement loin, mais aussi extrêmement intéressant de par ses cycles liquides et ses molécules organiques abondantes. Afin de tracer la meilleure route vers la plus grande lune de Saturne, l'équipe italienne a collaboré avec les développeurs du DFD à PPPL et a obtenu l'accès aux données de performance du moteur de test. Ils ont ensuite extrait des données supplémentaires sur les alignements planétaires et ont commencé à travailler sur la mécanique orbitale. Cela a abouti à deux chemins potentiels différents, un où une poussée constante n'était appliquée qu'au début et à la fin du voyage (appelé un profil poussée-côte-poussée - TCT) et un dans lequel la poussée était constante pendant toute la durée du voyage.

Les deux voyages impliquaient de changer la direction de la poussée pour ralentir le vaisseau spatial pour entrer dans le système saturnien. Fournir une poussée constante mettrait le voyage à un peu moins de deux ans, tandis que le profil TCT se traduirait par une durée totale de voyage de 2,6 ans pour un vaisseau spatial beaucoup plus grand que Cassini. Ces deux chemins ne nécessiteraient aucune assistance par gravité, dont les engins spatiaux voyageant vers les planètes extérieures ont régulièrement bénéficié.

Cassini, la dernière mission célèbre pour visiter le système saturnien, a utilisé une série d'assistances gravitationnelles entre Vénus et la Terre pour atteindre sa destination, un voyage qui a duré près de sept ans. Une chose importante à noter, dit Marco Gajeri, l'auteur correspondant de l'article, est que la fenêtre qui rend ces durées de trajets courts les plus efficaces s'ouvre vers 2046. Bien que dans pas tout à fait 30 ans, cela donne à l'équipe de PPPL beaucoup plus de temps pour améliorer leur conception actuelle.

D'autres défis surviennent une fois qu'une sonde compatible DFD atteint ce système saturnien, toutefois. Orbiter autour de la deuxième plus grande planète du système solaire est relativement facile. Le transfert d'orbites vers sa plus grande lune est beaucoup plus difficile. Résoudre ce problème nécessite de s'attaquer au problème des trois corps, un problème de mécanique orbitale notoirement difficile qui consiste à résoudre les orbites de trois corps orbitaux différents (c'est-à-dire, le vaisseau spatial, Saturne et Titan).

Avec toute la mécanique orbitale à l'écart et le vaisseau spatial en toute sécurité sur l'orbite de Titan, il peut commencer à profiter d'un autre des avantages du DFD :il peut fournir une alimentation directe aux systèmes de l'engin spatial. La plupart des missions du système solaire extérieur reposent sur des générateurs thermiques à radio-isotopes (RTG) pour leur source d'énergie. Mais un DFD est, En réalité, une source d'énergie en plus d'être une source de poussée. Si conçu correctement, il pourrait fournir toute la puissance dont un engin spatial a besoin pour une durée de vie de mission prolongée.

Cette durée de vie prolongée de la mission signifie que le DFD pourrait être utile dans un large éventail de missions. Les auteurs qui ont étudié la mission vers Titan ont également examiné le potentiel d'une mission vers les objets trans-Neptuiens, qui jusqu'à présent n'ont été visités que par New Horizons, qui a mis neuf ans pour atteindre Pluton. Il va sans dire, un DFD réduirait considérablement le temps nécessaire pour effectuer ce voyage. Et s'il est opérationnel dans les 30 prochaines années, il peut commencer à servir de force motrice pour toutes sortes de nouvelles missions d'exploration.