Mathieu
Si vous souhaitez vous rendre sur Mars, vous devez choisir soigneusement votre date de départ. Les fenêtres de lancement idéales n’arrivent que tous les 26 mois, et ces fenêtres de lancement sont étroites car les planètes doivent être alignées. Littéralement.
Une fusée rapide pourrait élargir ces fenêtres, raccourcir la durée du voyage et épargner la cargaison sensible au temps ainsi que les passagers. Le problème est que la vitesse des fusées chimiques d’aujourd’hui est limitée par le carburant et l’oxygène qu’elles peuvent transporter.
Au lieu de cela, vous pourriez utiliser l’énergie nucléaire – pas une simple source de chaleur radioactive, du genre qui pourrait propulser la faible propulsion ionique d’une sonde spatiale à long terme, mais un véritable réacteur à fission. Un tel réacteur pourrait transformer un filet d’hydrogène liquide à 20 kelvins en un tourbillon de gaz à 2700 kelvins, permettant à une quantité gérable de propulseur de fournir une poussée puissante à mi-chemin de Mars, puis d’inverser la poussée pour décélérer.
C’est précisément ce que la NASA et DARPA veulent construire, d’abord comme un prototype, puis comme une fusée lunaire, et enfin comme un véhicule interplanétaire. Le 26 juillet, les agences ont dévoilé les détails du projet, un partenariat avec Lockheed Martin et BWX Technologies, une entreprise de réacteur basée à Lynchburg, en Virginie. Ils donnent au projet le nom d’Harry Potterish de DRACO pour Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations.
Le plan est de tester le prototype dans l’espace à partir de fin 2026. C’est un délai très court, facilité en partie en combinant ce qui serait normalement la deuxième et la troisième phases de développement. L’accélération est possible car le prototype «intègre beaucoup de matériel déjà utilisé lors de missions spatiales lointaines», explique Tabitha Dodson, responsable du programme DRACO chez DARPA. «Nous voulions avoir une plateforme spatiale très fiable, avec tout ce qui n’est pas le moteur à faible risque».
La première phase de développement, sur la nouvelle conception du réacteur, a déjà été achevée pour un coût non divulgué. Les deux prochaines phases sont budgétées ensemble à 499 millions de dollars américains.
Si le prototype fonctionne, la prochaine étape consistera à construire une fusée lunaire, dont la vitesse facilitera la construction et l’approvisionnement d’une base sur la Lune. Mais le véritable bénéfice viendra lorsque l’ordre sera donné d’aller sur Mars.
En attendant, qui sait quels dividendes militaires pourraient en découler. DARPA finance des technologies expérimentales qui pourraient un jour être utiles sans préciser nécessairement à quoi elles pourraient servir. Peut-être qu’une fusée nucléaire pourrait lancer des satellites d’une partie du monde à une autre.
L’idée d’une fusée à propulsion nucléaire a été étudiée pour la première fois dans les années 1950 dans le cadre du projet Orion, ce qui a finalement conduit à des tests de moteurs au sol. Ce n’est guère idéal – certains problèmes sont mieux examinés dans un vide, dans des conditions de gravité nulle. Mais, de toute façon, les essais au sol ne font plus partie du programme. Selon les exigences actuelles en matière de sécurité, les chercheurs devraient capturer les gaz d’échappement, éliminer tout matériau radioactif et s’en débarrasser. Par conséquent, le plan est de placer le prototype en orbite à une altitude de 700 kilomètres, à partir de laquelle il ne retomberait pas sur Terre pendant encore environ 300 ans.
L’ancien programme utilisait de l’uranium-235 à usage militaire dans le réacteur, ce qui est également exclu maintenant. Au lieu de cela, la conception spécifie de l’uranium-235 beaucoup moins enrichi. «Il est sans danger pour travailler avec, il est sans danger pour être autour, il n’a pas besoin des mesures de protection nécessaires pour le plutonium», explique Anthony Calomino, scientifique des matériaux et des structures à la NASA.
Sur le pas de lancement, la réaction en chaîne de fission et la radioactivité qui en résulte seraient étouffées par des tambours rotatifs qui pointent leur côté absorbant les neutrons vers l’intérieur, face au cœur du réacteur. Ensuite, lorsque le moteur est en sécurité en orbite, les tambours se tourneraient pour révéler leurs côtés réfléchissants les neutrons, qui renverraient les neutrons dans le cœur. Cette réflexion augmenterait la densité des neutrons, stimulant ainsi la fission. D’autres mesures de sécurité comprennent des fils absorbant les neutrons à l’intérieur du cœur qui “empoisonnent” la réaction en chaîne jusqu’à ce qu’ils soient rétractés.
Le vol d’essai mesurera un certain nombre de caractéristiques, notamment la poussée du moteur, mesurée en milliers de livres, et son impulsion spécifique. Il s’agit simplement de la durée pendant laquelle le moteur et son propulseur mettent pour accélérer leur propre masse à raison d’une gravité standard (9,8 mètres par seconde carrée). Une animation de la fusée, produite par Lockheed Martin, peut être visionnée ici.
Les fusées chimiques opérant dans le vide ont une impulsion spécifique d’environ 400 secondes, mais le nucléaire atteint «plus de 700, jusqu’à 900» secondes, «ce dont la NASA parle pour amener les humains sur Mars», a déclaré Lisa May, responsable de la stratégie d’exploration spatiale profonde chez Lockheed Martin.
Le prototype testera également la durée de stockage de l’hydrogène liquide – ici environ 2 000 kilogrammes – en orbite. L’espoir est de le faire durer plusieurs mois, ce qui est deux ordres de grandeur plus long que ce qui a déjà été réalisé. Ce serait encore mieux si l’on pouvait trouver un moyen de faire le plein d’un moteur nucléaire en orbite afin de pouvoir l’utiliser pendant des années. Les fusées de dernier étage d’aujourd’hui durent peut-être 12 heures avant de devenir un simple débris spatial.
