La NASA a annoncé un partenariat avec le Pentagone pour développer une fusée propulsée à l'énergie nucléaire destinée à envoyer des humains sur Mars en seulement un mois et demi. Le patron de l'agence spatiale, Bill Nelson, a déclaré s'associer avec l'agence de recherche de l'armée américaine, DARPA, pour développer et tester une technologie avancée de propulsion nucléaire thermique dès 2027. Actuellement, avec les ergols "classique", la durée du trajet vers la planète rouge serait d’à peu près 6 mois. Si tout se passe bien, un tel engin pourrait déjà devenir opérationnel pour 2027.
Après le projet Artemis dont l’objectif est de ramener l’Homme sur la Lune, la NASA continue son avancée avec la mise au point d’un moteur à énergie nucléaire. Pour ce projet permettant de rejoindre Mars plus rapidement, l’Agence spatiale américaine s’est associée à la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), le département du Pentagone chargé de la recherche et du développement des nouvelles technologies militaires.
Ce n’est pas la première fois que la NASA se lance dans le moteur à énergie nucléaire. Il y a plus de 60 ans, en 1959 exactement, l’agence spatiale américaine a débuté des recherches qui ont abouti à la construction d’un moteur thermique nucléaire appelé NERVA. À l’époque, l’objectif de ce moteur était déjà de pouvoir équiper des engins spatiaux en vue d’envoyer des équipages vers la planète Mars. Il était basé sur l’éjection à vitesse très élevée d’hydrogène chauffé par un réacteur nucléaire. Malgré des essais au sol convaincants, le projet est abandonné en raison de la nécessité de réduire les dépenses après les coûteuses missions Apollo.
Par rapport aux moteurs classiques actuels des fusées, les moteurs nucléaires possèdent l’avantage de pouvoir fonctionner de manière bien plus efficace et bien plus longtemps, permettant ainsi de voyager dans l’espace plus rapidement. Actuellement, les technologies de propulsion utilisées dans les moteurs-fusées pourraient permettre de rejoindre la planète Mars en un temps minimum de 6 mois. Pour l’équipage embarqué à bord d’un vaisseau, cela risque de devenir difficile aussi bien physiquement que psychologiquement, sans compter la masse de carburant à emporter qui a été estimée à 33 tonnes !
La propulsion chimique est le mode de propulsion actuel utilisé dans les moteurs des fusées. Dans ce type de propulsion, un comburant mélangé à un combustible inflammable crée une réaction chimique d’oxydoréduction produisant un gaz. C’est la masse de gaz produite par la réaction et éjectée par la tuyère à très grande vitesse qui crée la force de poussée permettant à la fusée de décoller. Le comburant et le combustible forment les ergols et le mélange des deux est appelé propergol. Par exemple, dans le cas de la fusée Ariane 5, les ergols sont l’oxygène liquide et l’hydrogène liquide et le propergol est le mélange oxygène-hydrogène.
Dans le cas de la propulsion nucléaire, il existe deux grands types de moteurs nucléaires pouvant être utilisés pour équiper des engins spatiaux et des fusées : les réacteurs à propulsion nucléaire électrique (NEP) et les réacteurs à propulsion nucléaire thermique (NTP). Les NEP fonctionnent globalement en produisant de l’électricité qui arrache des électrons à des atomes de gaz rares comme le xénon ou le krypton. Les ions produits sont alors accélérés par un champ électromagnétique et expulsés du propulseur sous la forme d’un faisceau d’ions générant une force de poussée. Les NTP utilisent la chaleur dégagée par la fission nucléaire pour chauffer de l’hydrogène ou de l’ammoniac liquide. Ces substances se transforment alors en gaz, se dilatent en augmentant la pression qui est canalisée par la tuyère en produisant une force de poussée.
Pour rejoindre Mars en 45 jours, les ingénieurs de la NASA étudient la technologie de propulsion nucléaire bimodale qui combine la propulsion nucléaire électrique et la propulsion nucléaire thermique afin de tirer parti des avantages des deux méthodes. Au contraire de la propulsion chimique classique, la propulsion nucléaire, qu’elle soit NEP ou NTP, offre une impulsion spécifique plus importante ainsi qu’un rendement énergétique bien meilleur. L’impulsion spécifique (Isp) représente le temps durant lequel une masse de 1 kg de propergol produit une force de poussée de 9,81 Newton. Elle s’exprime en secondes. Plus l’impulsion est élevée et plus la poussée du moteur dure dans le temps.
La propulsion nucléaire thermique permet de produire une impulsion spécifique de 900 secondes, ce qui représente à peu près le double de l’impulsion produite par les moteurs à propulsion chimique. Quant à la propulsion nucléaire électrique, elle peut fournir une impulsion spécifique de 10 000 secondes permettant ainsi de maintenir une poussée pendant très longtemps (3 heures).
En combinant les deux technologies associées à un rotor à ondes, les chercheurs pourront fournir au moteur-fusée une poussée proche de celle de la propulsion nucléaire thermique (NTP) avec une Isp de 1400 à 2000 secondes et de la propulsion nucléaire électrique avec une Isp supplémentaire de 1800 à 4000 secondes. Le rotor à ondes permettra d’utiliser la pression produite par le chauffage de l’hydrogène liquide pour le comprimer encore plus et augmenter ainsi la poussée. Au final, ce moteur à énergie nucléaire bimodal NTP/NEP sera au moins trois fois plus efficace que les moteurs-fusées classiques et permettra de réduire la durée du vol vers Mars de 6 mois à 1,5 mois.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
