Mission nucléaire vers l'espace

Il existe une alternative au carburant chimique autre que le nucléaire. Source : NASA

Il existe une alternative au carburant chimique autre que le nucléaire. Source : NASA

La Russie a inventé un système fiable permettant d'utiliser l'énergie nucléaire dans l'espace, et des travaux sont en cours afin de créer sur sa base un propulseur nucléaire. C'est ce qu'a annoncé le directeur général du Centre de recherche d'État Keldysh, l'académicien Anatoly Koroteïev.

« Actuellement, l'Institut travaille activement dans ce domaine en intense coopération avec les entreprises Roskosmos et Rosatom. Et j'espère nous obtiendrons un résultat positif dans les délais impartis », a déclaré M. Koroteïev fin janvier.

Selon lui, les scientifiques ont d'ores et déjà mis au point un schéma permettant d'utiliser en toute sécurité l'énergie nucléaire dans l'espace, qui permet d'éviter les émissions et fonctionne en circuit fermé, rendant l'installation sûre même en cas de panne et de chute sur le Terre.

« Ce schéma réduit considérablement les risques d'utilisation de l'énergie nucléaire, surtout compte tenu du fait que l'un des points fondamentaux est l'exploitation de ce système en orbite supérieure de 800 à 1.000 km. En cas de panne, le temps de ‘déclin’ est tel que cela ôte tout danger au retour de ces éléments sur la Terre après une longue période de temps », a précisé le scientifique.

Selon lui, le propulseur nucléaire conçu en Russie sera facilité par l'utilisation d'un système de refroidissement sans ossature, dans lequel le liquide de refroidissement du réacteur circulera directement dans l'espace sans système de tuyauterie.

On sait que pour transformer un appareil spatial en satellite artificiel de la Terre, il doit impérativement atteindre une vitesse de l'ordre de 8 km/s. Si nous voulons voler vers d'autres mondes, cette vitesse doit être supérieure à 11,2 km/s.

Les moteurs hydrogène-oxygène modernes sont en mesure de s'acquitter de cette tâche. Ils peuvent même fournir une accélération allant jusqu'à 10 km/s, ce qui permet même de voir les limites du système solaire. Mais il faudra de nombreuses années à ces fins.

Dans le même temps, il existe une alternative au carburant chimique autre que le nucléaire. Les véhicules spatiaux tels que les satellites de communication ont longtemps été équipés de moteurs dits à plasma. Un tel moteur à propulsion électrique n'utilise pas de carburant chimique, puisant son énergie soit dans sa batterie, des générateurs radio-isotopiques, soit dans des panneaux solaires. Son principal avantage est un fonctionnement de longue durée avec une faible consommation d'énergie.

Mais il existe un inconvénient sérieux. Tout d'abord, ces moteurs développent aujourd'hui une poussée très faible, de quelques grammes seulement. Ils sont donc utilisés pour corriger l'orbite des satellites, ou pour assurer l'accélération progressive des véhicules légers dans l'espace.

Deuxièmement, l'accélération du propulseur à plasma, bien supérieure à 10 km/s, se « développe » si lentement que, par exemple, la sonde de recherche européenne SMART-1, lancée en septembre 2003, a mis presque un an et demi pour atteindre la lune.

Peut-on unir les capacités énergétiques des moteurs chimiques avec le caractère économique du plasma ? Ceci est possible en utilisant au stade d'accélération des appareils spatiaux des moteurs à propulsion nucléaire thermique (NTP).

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En quoi consiste un tel propulseur ? La plupart de ses systèmes sont conçus de la même façon que le moteur-fusée à ergols liquides (LRE). Cependant la température du fluide actif, s'écoulant de la buse et créant la poussée, augmente non pas en raison de l'oxydation (combustion) de deux composants, mais au moyen de l'énergie thermique libérée lors de la fission des noyaux de la substance radioactive. Au lieu d'une chambre de combustion, le moteur nucléaire est doté d'un réacteur capable de chauffer le gaz jusqu'à plus de 3000 K.

Bien que la propulsion nucléaire thermique soit beaucoup plus complexe que le LRE, possède une masse plusieurs fois supérieure, nécessite des systèmes spéciaux de protection et de sécurité, et soit encombrante, elle est beaucoup plus efficace que le moteur LRE car le réacteur peut chauffer n'importe quel gaz ayant une faible masse moléculaire. Si on utilise lors de la propulsion nucléaire thermique de l'hydrogène, sa vitesse d'écoulement de la buse sera trois fois plus élevée que dans le meilleur moteur-fusée oxygène-hydrogène à ergols liquides.

Dans la création de moteurs à propulsion nucléaire thermique, la Russie a une longueur d'avance sur le reste du monde.

Dans les années 1970-80, la société de pointe en matière de propulsion nucléaire, KB Saliout, a réussi à mettre au point divers projets spatiaux NTP. Par exemple, RD 0411 et RD 0410 d'une poussée de 40 et 3,6 t respectivement. On a en fin de compte conçu un réacteur, un propulseur « froid » et un banc d'essai pour la réalisation de tests à l'hydrogène gazeux. Contrairement au modèle américain, possédant une impulsion spécifique de 8.250 m/s maximum, le moteur NTP soviétique, grâce à des éléments germe plus poussés et résistants à la chaleur ainsi qu'à une température élevée dans la zone active, affichait 9.100 m/s.

La Russie a en son temps envoyé dans l'espace 32 appareils à propulseur nucléaire, les Américains deux seulement. Aujourd'hui, la NASA envisage l'organisation d'une mission habitée vers Mars avec la possibilité d'utiliser des vaisseaux à combustible nucléaire. Au cours des cinq prochaines années, les Américains comptent dépenser environ un milliard de dollars afin de mener deux projets de recherche. Le but du premier est de créer une fusée à réacteur nucléaire. Le second vise à développer un générateur nucléaire.

De la sorte, les propulseurs nucléaires ont un riche avenir à des fins de recherche et constituent une voie prometteuse de coopération spatiale entre les deux pays. Les initiatives américaines visant à créer des moteurs de fusée dernier cri recourant à l'énergie nucléaire peuvent bénéficier de l'expérience de la Russie dans ce domaine, comme en témoigne la dernière réalisation du Centre Keldysh.

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