Dans sa quête de missions qui nous ramèneront sur la Lune, sur 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 haute densité d'énergie et les moteurs ioniques sont très économes en carburant - nos espoirs pour l'avenir dépendent de nous trouver des alternatives qui combinent efficacité et puissance.
À cette fin, les chercheurs du Marshall Space Flight Center de la NASA cherchent à nouveau à développer des fusées nucléaires. Dans le cadre du programme de développement changeant 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 livrer de lourdes charges utiles à des planètes éloignées, et dans un laps de temps relativement court .
Comme Sonny Mitchell, le projet du projet NTP au Marshall Space Flight Center de la NASA, l'a déclaré dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«Alors que nous pénétrons dans le système solaire, la propulsion nucléaire pourrait 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 un espace profond pour l'exploration humaine. "
Pour ce faire, 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 nucléaires et de combustible pour le gouvernement américain. Pour aider la NASA à développer les réacteurs nécessaires pour soutenir d'éventuelles futures missions en équipage sur Mars, la filiale de la société (BWXT Nuclear Energy, Inc.) a obtenu un contrat de trois ans d'une valeur de 18,8 millions de dollars.
Au cours de ces trois années au cours desquelles ils travailleront avec la NASA, BWXT fournira les données techniques et programmatiques nécessaires à la mise en œuvre de la technologie NTP. Cela consistera à fabriquer et à tester des éléments combustibles prototypes et à aider la NASA à résoudre toutes les licences nucléaires et les exigences réglementaires. BWXT aidera également les planificateurs de la NASA à résoudre les problèmes de faisabilité et à un prix abordable avec leur programme NTP.
Comme Rex D. Geveden, président et chef de la direction de BWXT, l’a dit:
«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 de surface nucléaire. »
Dans une fusée NTP, des réactions d'uranium ou de deutérium sont utilisées pour chauffer l'hydrogène liquide à l'intérieur d'un réacteur, le transformant en hydrogène gazeux ionisé (plasma), qui est ensuite canalisé à travers une buse de fusée pour générer une poussée. Une deuxième méthode possible, connue sous le nom de propulsion électrique nucléaire (NEC), implique le même réacteur de base converti sa chaleur et son énergie en énergie électrique qui alimente ensuite un moteur électrique.
Dans les deux cas, la fusée s'appuie 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 de propulsion traditionnelle, 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 propulseur 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 rayonnement à laquelle les astronautes seraient exposés au cours de leur voyage.
Pour être juste, le concept d'utiliser des fusées nucléaires pour explorer l'Univers n'est pas nouveau. En fait, la NASA a largement exploré la possibilité d'une propulsion nucléaire dans le cadre du Space Nuclear Propulsion Office. En fait, entre 1959 et 1972, le SNPO a effectué 23 essais de réacteur à la station de développement de fusées nucléaires sur le site d’essai d’AEC au Nevada, à Jackass Flats, Nevada.
En 1963, le SNPO a également créé le programme NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) pour développer une propulsion nucléaire thermique pour des missions à longue portée en équipage vers la Lune et l'espace interplanétaire. Cela a conduit à la création du NRX / XE, un moteur nucléaire thermique que le SNPO a certifié comme répondant aux exigences d'une mission en équipage sur Mars.
L'Union soviétique a mené des études similaires dans les 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, d'une perte d'intérêt public et d'une fermeture générale de la course à l'espace après la fin du programme Apollo.
Mais compte tenu de l'intérêt actuel pour l'exploration spatiale et de la mission ambitieuse proposée vers Mars et au-delà, il semble que les fusées nucléaires pourraient enfin voir le jour. Une idée populaire qui est envisagée est une fusée à plusieurs étages qui s'appuierait à la fois sur un moteur nucléaire et sur des propulseurs conventionnels - un concept connu sous le nom de «vaisseau spatial bimodal». Le principal défenseur de cette idée est le Dr Michael G. Houts du Marshall Space Flight Center de la NASA.
En 2014, M. Houts a fait une présentation décrivant comment les fusées bimodales (et d'autres concepts nucléaires) représentaient des «technologies révolutionnaires pour l'exploration spatiale». À titre d'exemple, il a expliqué comment le système de lancement spatial (SLS) - une technologie clé de la mission en équipage proposée par la NASA sur Mars - pourrait être équipé d'une fusée chimique à l'étage inférieur et d'un moteur nucléaire thermique à l'étage supérieur.
Dans cette configuration, le moteur nucléaire resterait "froid" jusqu'à ce que la fusée atteigne l'orbite, auquel point l'étage supérieur serait déployé et le réacteur serait activé pour générer une poussée. D'autres exemples cités dans le rapport incluent des satellites à longue portée qui pourraient explorer le système solaire externe et la ceinture de Kuiper et un transport rapide et efficace pour les missions habitées à travers le système solaire.
Le nouveau contrat de la société devrait se poursuivre jusqu'au 30 septembre 2019. À ce moment-là, le projet de propulsion nucléaire thermique déterminera la faisabilité de l'utilisation de combustible à l'uranium faiblement enrichi. Après cela, le projet passera ensuite un an à tester et à affiner sa capacité à fabriquer les éléments combustibles nécessaires. Si tout se passe bien, on peut s’attendre à ce que le «Journey to Mars» de la NASA intègre simplement des moteurs nucléaires!
