Et si nous avions la capacité de chasser les objets interstellaires passant par notre système solaire, comme 'Oumuamua ou la comète Borisov ? Un tel vaisseau spatial devrait être prêt à partir à tout moment, avec la capacité d'augmenter la vitesse et de changer de direction rapidement.

C'est l'idée derrière un nouveau concept de mission appelé le vaisseau spatial Extrasolar Object Interceptor and Sample Return. Il a reçu un financement exploratoire de la NASA dans le cadre de son programme Innovative Advanced Concepts (NIAC).

"Ramener des échantillons de ces objets pourrait changer fondamentalement notre vision de l'univers et notre place dans celui-ci, " dit Christopher Morrison, un ingénieur de l'Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech) qui a soumis la proposition au NIAC.

Le concept que Morrison et son équipe proposent est un vaisseau spatial à propulsion électrique à radio-isotope qui repose sur la technologie des batteries atomiques rechargeables (CAB), un système d'alimentation que USNC a développé pour un usage commercial. Les batteries sont compactes et possèdent un million de fois la densité énergétique des batteries chimiques de pointe, ainsi que des combustibles fossiles.

"Les radio-isotopes ont à peu près la même quantité d'énergie totale stockée dans chaque atome, " Morrison a expliqué. " La rapidité avec laquelle ils libèrent cette énergie dépend de la demi-vie. Pu-238 a une demi-vie de 88 ans, idéal pour les longues missions dans le système solaire externe. Les batteries CAB que nous développons à USNC-Tech ont des demi-vies plus courtes et possèdent une densité de puissance plus élevée. Au CANI, nous utilisons un radio-isotope avec une demi-vie de cinq ans et une densité de puissance 30 fois supérieure à celle du Plutonium-238 (Pu-238)."

Le Pu-238 est la puissance nucléaire habituelle de la NASA pour son vaisseau spatial. Il a été utilisé pour plus de deux douzaines de missions spatiales américaines très réussies, telles que New Horizons, et les rovers Curiosity et Perseverance Mars – pour leurs systèmes d'alimentation radio-isotope (RPS).

Pu-238, fait cependant face à certains défis. Seule une quantité limitée de Pu-238 peut être produite (seulement 14 onces (400 grammes) chaque année en ce moment avec une trajectoire vers 50 onces (1500 g) au cours des prochaines années). C'est à peine suffisant pour répondre aux futurs besoins de la mission de la NASA pour ses grands programmes.

Les petits programmes et les entreprises commerciales sont confrontés à des défis non seulement en raison de la crise de l'offre, mais aussi parce que le Pu-238 est considéré comme une matière nucléaire spéciale avec des problèmes de non-prolifération. Les radio-isotopes de la technologie CAB sont plutôt de nature commerciale, en fait, beaucoup d'entre eux sont largement utilisés dans l'industrie médicale pour les thérapies de traitement du cancer.

« Les batteries CAB combinées à la propulsion électrique seraient des systèmes très simples, " Morrison a déclaré à Universe Today. " Tout cela est une technologie éprouvée. La véritable innovation dont nous profitons est l'environnement réglementaire actuel. Avant 2019, il n'y avait pas de cadre juridique permettant aux entreprises commerciales d'utiliser l'énergie nucléaire. Maintenant, c'est officiellement sanctionné."

La note présidentielle NPSN-20 en 2019 a dirigé le ministère des Transports, et en particulier la Federal Aviation Administration, développer un système de réglementation à plusieurs niveaux qui permettrait aux entreprises commerciales de lancer des engins spatiaux à propulsion nucléaire.

La proposition de Morrison explique que « le CAB est plus facile et moins cher à fabriquer que le Pu-238 et le dossier de sécurité est grandement amélioré par l'encapsulation par le CAB de matières radioactives dans une matrice de carbure robuste. Cette technologie est supérieure aux systèmes de fission pour cette application car les systèmes de fission ont besoin d'une masse critique alors que les systèmes de radio-isotopes peuvent être beaucoup plus petits et s'adapter à des systèmes de lancement plus petits, réduction des coûts et de la complexité."

Le vaisseau spatial propulsé par CAB, surnommé le "Extrasolaire Express, " a une masse alimentée d'un peu moins d'une tonne. Le Falcon 9 de SpaceX, en revanche, peut placer plus de 20 tonnes en orbite. Que ferait-on de tout l'espace supplémentaire dans le lanceur ?

Morrison explique :"Nous pouvons échanger une partie de cette masse contre une augmentation de vitesse supplémentaire loin de la Terre. De plus, une partie de la masse supplémentaire peut être utilisée pour augmenter la sécurité en incluant un grand bouclier robuste qui protège le radio-isotope et garantit aucune libération, même dans le pire des cas d'accident de lancement. Une fois en orbite haute, le bouclier peut être éjecté, et le vaisseau spatial peut voyager sans entrave dans sa mission."

Les objets extrasolaires maintenant sur la scène

Avant que les deux objets interstellaires inhabituels et intrigants n'éclatent sur la scène de notre système solaire ("Oumuamua en 2017 et Borisov en 2019), les astronomes n'avaient pas largement considéré que les intrus errants d'autres systèmes stellaires pourraient passer régulièrement. Maintenant, les scientifiques calculent qu'une moyenne de sept de ces objets passent à l'intérieur de l'orbite terrestre chaque année. En savoir plus sur ces objets est une perspective alléchante, depuis maintenant, tout ce que nous pouvons faire est de les regarder avec des télescopes alors qu'ils passent devant nous.

"Ces objets semblent s'approcher assez près de nous, " Morrison a dit, "créer une mission pour en rattraper un n'est pas une question de distance mais une question de vitesse. Cela change l'équation contrairement à la plupart des missions, qui ont besoin de longévité. C'est juste un problème de vitesse, parce que vous pouvez l'intercepter et prélever un échantillon et retourner sur Terre tant que vous avez le delta v pour accomplir la mission."

Morrison a expliqué le plan de mission potentiel pour l'intercepteur d'objets extrasolaires et le retour d'échantillons :lancez le vaisseau spatial Interceptor vers Jupiter et attendez qu'un objet extrasolaire approprié soit détecté.

"Vous devrez peut-être attendre un an environ, " il a dit, "Mais quoi qu'il arrive, vous devrez probablement effectuer un changement d'avion, parce que ces objets n'entrent pas sur notre plan écliptique. L'idée est de voler vers Jupiter, j'espère être dans un bon endroit pour faire une fronde autour de Jupiter pour entrer dans la même orientation de plan que l'objet."

Le vaisseau spatial pourrait être similaire en taille et en masse à la mission Dawn, qui utilisait également la propulsion électrique. Mais au lieu des énormes panneaux solaires de Dawn, le CAB fournirait suffisamment de puissance pour créer un vaisseau spatial rapide. L'Interceptor aurait besoin de gros radiateurs à rejet de chaleur, qui (comme les panneaux solaires de Dawn) serait la plus grande partie du vaisseau spatial.

Les détails de la portion de retour d'échantillon sont toujours en cours d'élaboration, mais peut-être quelque chose de similaire au système d'acquisition d'échantillons TAGSAM utilisé par la mission OSIRIS-REx.

"Je me considère plus comme le "Scotty" de la conception de cette mission Interceptor, mais j'aurais un Spock pour m'aider à comprendre la partie scientifique, ", songea Morrison.

Les CAB sont fabriqués à l'aide de matériaux non radioactifs, puis "chargés" dans un champ de rayonnement pour créer un radio-isotope spécifique. Morrison a déclaré qu'il existe de nombreux radio-isotopes différents d'intérêt (par exemple le cobalt-60 et le thulium-170) et que la technologie peut être adaptée pour répondre aux besoins de densité de puissance et de durée de vie d'un client. Bon nombre des clients potentiels de la technologie CAB sont des entreprises terrestres cherchant des applications sous-marines ou souterraines.

"La technologie est pionnière pour les applications de chauffage lunaire à l'échelle du watt à court terme, mais la proposition du NIAC représente la version la plus sportive de la technologie."

Le programme NIAC se targue de nourrir des idées visionnaires qui pourraient transformer les futures missions de la NASA avec la création de percées, tout en engageant les innovateurs et les entrepreneurs en tant que partenaires. Même si l'intercepteur d'objets extrasolaires et le retour d'échantillons n'en font jamais une "vraie" mission, Morrison et USNC continueront de travailler pour faire de leur CAB une source d'énergie viable pour la Terre et l'espace.

"Je suis extrêmement reconnaissant que nous ayons reçu un financement du NIAC, " Morrison a dit, « notre entreprise investit déjà notre propre argent dans cette technologie. Nous aimerions que le CAB soit la batterie Duracell du futur pour tout ce qui semble impossible, comme les missions spatiales de longue durée, ou dans des environnements éloignés sur Terre."

Au-delà des batteries CAB, la société USNC a développé d'autres technologies nucléaires. "Les radio-isotopes utilisés dans les CAB sont des roches chaudes qui produisent une chaleur constante sur une longue période de temps. Un réacteur à fission est un type différent de technologie nucléaire qui peut être activé et désactivé, de haut en bas », explique Chris. USNC développe un petit réacteur à fission modulaire destiné à être utilisé dans l'Arctique canadien et ce projet est au cœur des efforts de l'entreprise.

« Le Canada dépense plusieurs centaines de millions par an en diesel pour les générateurs afin d'alimenter leurs petites villes dans les régions éloignées, " Morrison a dit, "et ils veulent vraiment passer à l'utilisation de petits réacteurs modulaires."

Il s'avère que les systèmes d'alimentation qui fonctionnent bien pour les emplacements éloignés sur Terre sont bons pour les emplacements éloignés dans l'espace, trop. UNSC-Tech, où Morrison travaille, est une filiale de USNC axée sur l'industrie aérospatiale et les systèmes terrestres avancés. USNC-Tech développe une technologie de propulsion à fission avec la NASA et la DARPA ainsi qu'un réacteur lunaire et martien surnommé le "réacteur pylône".

« USNC-Tech conçoit les briques « LEGO » pour la technologie nucléaire spatiale. Les missions spatiales utiliseraient la même technologie terrestre fondamentale disposée dans une configuration différente pour accomplir de nouvelles choses courageuses dans de nouveaux endroits, " expliqua Morrison. " L'Extra Solar Express NIAC est probablement mon préféré. "