Concept d'artiste d'une fusée nucléaire bimodale faisant le voyage vers la lune, Mars, et d'autres destinations dans le système solaire. Crédit :NASA
Dans sa poursuite de missions qui nous ramèneront sur la lune, vers Mars, et au-delà, La NASA a exploré un certain nombre de concepts de propulsion de nouvelle génération. Alors que les concepts existants ont leurs avantages – les fusées chimiques ont une densité énergétique élevée et les moteurs ioniques sont très économes en carburant – nos espoirs pour l'avenir reposent sur la recherche d'alternatives alliant efficacité et puissance.
À cette fin, des chercheurs du Marshall Space Flight Center de la NASA cherchent à nouveau à développer des fusées nucléaires. Dans le cadre du programme de développement de changement de jeu de la NASA, le projet de propulsion thermique nucléaire (NTP) verrait la création d'engins spatiaux à haut rendement qui seraient capables d'utiliser moins de carburant pour acheminer de lourdes charges utiles vers des planètes lointaines, et dans un laps de temps relativement court.
En tant que Sonny Mitchell, le projet du projet NTP au Marshall Space Flight Center de la NASA, a déclaré dans un récent communiqué de presse de la NASA :
"Alors que nous entrons dans le système solaire, la propulsion nucléaire peut offrir la seule option technologique vraiment viable pour étendre la portée humaine à la surface de Mars et aux mondes au-delà. Nous sommes ravis de travailler sur des technologies qui pourraient ouvrir l'espace lointain pour l'exploration humaine."
Pour voir cela à travers, La NASA a conclu un partenariat avec BWX Technologies (BWXT), une société d'énergie et de technologie basée en Virginie qui est l'un des principaux fournisseurs de composants et de combustible nucléaires du gouvernement américain. Pour aider la NASA à développer les réacteurs nécessaires pour soutenir d'éventuelles futures missions en équipage vers Mars, la filiale de l'entreprise (BWXT Nuclear Energy, Inc.) a obtenu un contrat de trois ans d'une valeur de 18,8 millions de dollars.
Pendant ces trois années où ils travailleront avec la NASA, BWXT fournira les données techniques et programmatiques nécessaires à la mise en œuvre de la technologie NTP. Il s'agira pour eux de fabriquer et de tester des éléments combustibles prototypes et d'aider la NASA à résoudre toutes les exigences en matière d'autorisation et de réglementation nucléaires. BWXT aidera également les planificateurs de la NASA à résoudre les problèmes de faisabilité et de manière abordable avec leur programme NTP.
Concept d'artiste d'une fusée thermique nucléaire bimodale en orbite terrestre basse. Crédit :NASA
En tant que Rex D. Geveden, Président et chef de la direction de BWXT, dit de l'accord :
"BWXT est extrêmement heureux de travailler avec la NASA sur ce programme spatial nucléaire passionnant à l'appui de la mission Mars. Nous sommes particulièrement qualifiés pour concevoir, développer et fabriquer le réacteur et le combustible d'un engin spatial à propulsion nucléaire. C'est le moment opportun pour faire pivoter nos capacités sur le marché spatial où nous voyons des opportunités de croissance à long terme dans la propulsion nucléaire et l'énergie nucléaire de surface."
Dans une fusée NTP, des réactions d'uranium ou de deutérium sont utilisées pour chauffer de l'hydrogène liquide à l'intérieur d'un réacteur, le transformer en hydrogène gazeux ionisé (plasma), qui est ensuite canalisé à travers une tuyère de fusée pour générer une poussée. Une deuxième méthode possible, connu sous le nom de propulsion électrique nucléaire (NEC), implique le même réacteur de base qui convertit sa chaleur et son énergie en énergie électrique qui alimente ensuite un moteur électrique.
Dans les deux cas, la fusée repose sur la fission nucléaire pour générer de la propulsion plutôt que des propulseurs chimiques, qui a été le pilier de la NASA et de toutes les autres agences spatiales à ce jour. Par rapport à cette forme traditionnelle de propulsion, les deux types de moteurs nucléaires offrent un certain nombre d'avantages. Le premier et le plus évident est la densité d'énergie pratiquement illimitée qu'il offre par rapport au carburant de fusée.
Cela réduirait la quantité totale de propergol nécessaire, réduisant ainsi le poids du lancement et le coût des missions individuelles. Un moteur nucléaire plus puissant signifierait des temps de trajet réduits. Déjà, La NASA a estimé qu'un système NTP pourrait faire le voyage vers Mars à quatre mois au lieu de six, ce qui réduirait la quantité de radiations auxquelles les astronautes seraient exposés au cours de leur voyage.
Être juste, le concept d'utiliser des fusées nucléaires pour explorer l'Univers n'est pas nouveau. En réalité, La NASA a largement exploré la possibilité d'une propulsion nucléaire dans le cadre du Space Nuclear Propulsion Office. En réalité, entre 1959 et 1972, le SNPO a effectué 23 essais de réacteurs à la station de développement de fusées nucléaires sur le site d'essais d'AEC au Nevada, dans Jackass Flats, Nevada.
Concept d'artiste d'une fusée nucléaire bimodale ralentissant pour établir une orbite autour de Mars. Crédit :NASA
En 1963, le SNPO a également créé le programme NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) pour développer une propulsion nucléaire-thermique pour les missions à long terme avec équipage vers la Lune et l'espace interplanétaire. Cela a conduit à la création du NRX/XE, un moteur thermonucléaire que le SNPO a certifié comme répondant aux exigences d'une mission en équipage vers Mars.
L'Union soviétique a mené des études similaires au cours des années 1960, dans l'espoir de les utiliser sur les étages supérieurs de leur fusée N-1. Malgré ces efforts, aucune fusée nucléaire n'est jamais entrée en service, en raison d'une combinaison de coupes budgétaires, perte d'intérêt public, et une liquidation générale de la course à l'espace après la fin du programme Apollo.
Mais étant donné l'intérêt actuel pour l'exploration spatiale, and ambitious mission proposed to Mars and beyond, it seems that nuclear rockets may finally see service. One popular idea that is being considered is a multistage rocket that would rely on both a nuclear engine and conventional thrusters – a concept known as a "bimodal spacecraft". A major proponent of this idea is Dr. Michael G. Houts of the NASA Marshall Space Flight Center.
En 2014, Dr. Houts conducted a presentation outlining how bimodal rockets (and other nuclear concepts) represented "game-changing technologies for space exploration". Par exemple, he explained how the Space Launch System (SLS) – a key technology in NASA's proposed crewed mission to Mars – could be equipped with chemical rocket in the lower stage and a nuclear-thermal engine on the upper stage.
In this setup, the nuclear engine would remain "cold" until the rocket had achieved orbit, at which point the upper stage would be deployed and the reactor would be activated to generate thrust. Other examples cited in the report include long-range satellites that could explore the outer solar system and Kuiper Belt and fast, efficient transportation for manned missions throughout the solar system.
The company's new contract is expected to run through Sept. 30th, 2019. At that time, the Nuclear Thermal Propulsion project will determine the feasibility of using low-enriched uranium fuel. Après ça, the project then will spend a year testing and refining its ability to manufacture the necessary fuel elements. Si tout va bien, we can expect that NASA's "Journey to Mars" might just incorporate some nuclear engines.
