À l’heure actuelle, envoyer des humains sur Mars impliquerait des missions de plusieurs mois lancées à des moments bien précis. Or, des trajets aussi longs ne seraient pas sans risques pour les astronautes à bord et la meilleure façon de les éviter serait de raccourcir le temps de voyage. Pour ce faire, le nucléaire paraît tout indiqué.
Pour quitter la Terre, on s’appuie depuis toujours sur des fusées à propulsion chimique. La technologie n’est pas parfaite, mais elle aura tout de même permis l’exploration humaine de la Lune. Cependant, la NASA, la Chine ou encore SpaceX ont une autre cible en tête : Mars. Avec la propulsion chimique, nous devrions alors composer avec un facteur limitant : le temps. Il faudrait en effet environ six à neuf mois (et une quantité phénoménale de propulseurs) pour envoyer des Hommes sur la planète rouge.
Dans ces conditions, Mars marquerait alors probablement une sorte de limite au-delà de laquelle nous ne pourrions pas aller. Pour voyager au-delà, il faut donc aller plus vite avec moins de carburant. Et si la solution nous venait du nucléaire ?
Nucléaire thermique et électrique
L’idée n’est pas nouvelle. La NASA et le programme spatial soviétique ont d’ailleurs passé des années à plancher sur le sujet, mais aucun projet n’a vraiment abouti.
Il existe deux types de propulsion nucléaire. Commençons par la propulsion nucléaire-thermique (NTP) qui implique un moteur-fusée dans lequel un réacteur nucléaire remplace la chambre de combustion. Ce dernier brûle de l’hydrogène liquide comme combustible pour en faire de l’hydrogène gazeux ionisé (plasma). Ce gaz est ensuite canalisé à travers des tuyères pour générer une poussée.
La NASA s’est intéressée au concept dès la fin des années 50 avec son programme Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA). Il avait abouti au développement d’un réacteur nucléaire à noyau solide testé avec succès. Avec la fin de l’ère Apollo en 1973, le financement du programme avait ensuite été considérablement réduit. Le projet avait ensuite été finalement annulé avant même que des essais en vol ne soient effectués. Les Soviétiques avaient également développé leur propre concept (RD-0410) entre 1965 et 1980, avant d’annuler eux aussi leur programme.
De son côté, la propulsion nucléaire-électrique (NEP) repose essentiellement sur un réacteur nucléaire fournissant de l’électricité à un propulseur à effet Hall (moteur ionique). Ce dernier génère alors un champ électromagnétique qui ionise et accélère un gaz inerte (comme le xénon). Les concepts NEP se distinguent en étant capables de fournir plus de 10 000 secondes d’Impulsions spécifique (I sp) , ce qui signifie qu’ils peuvent maintenir la poussée pendant près de trois heures. Cependant, le niveau de poussée reste assez faible par rapport aux autres options.
Ces deux concepts ont leurs avantages et leurs inconvénients. C’est pourquoi les chercheurs privilégient des solutions incluant les deux modes de propulsion (bimodal).
Il y a quelques années, avec Mars en ligne de mire, la NASA avait relancé son programme nucléaire dans le but de développer une propulsion bimodale. Selon l’agence, une telle fusée pourrait permettre des transits vers la planète rouge en seulement 100 jours. Or, un nouveau concept propose de faire encore mieux.
Mars en 45 jours
Dans le cadre du programme NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) pour 2023, la NASA a sélectionné un concept nucléaire pour le développement de la phase I. Cette nouvelle classe de système de propulsion nucléaire bimodale utilise un « cycle de topping du rotor à ondes » et pourrait réduire les temps de transit vers Mars à seulement 45 jours.
La proposition est signée du professeur Ryan Gosse de l’Université de Floride. Elle intègre l’un des quatorze concepts sélectionnés pour la phase 1 du programme NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts) de cette année, qui vise à nourrir les idées visionnaires. Toutes les équipes bénéficieront d’une enveloppe de 12 500 $ pour aider à faire mûrir la technologie et les méthodes impliquées.
La proposition de Ryan Gosse est une conception bimodale basée sur un réacteur NERVA à noyau solide (mentionné plus haut). Ce dernier fournirait une impulsion spécifique (I sp) de 900 secondes, soit le double des performances actuelles des fusées chimiques. Le cycle proposé comprend également un compresseur à ondes de pression – ou Wave Rotor (WR). La technologie, utilisée dans les moteurs à combustion interne, exploite les ondes de pression produites par les réactions pour comprimer l’air d’admission.
Associé à un moteur nucléaire thermique (NTP), le WR utiliserait la pression créée par le chauffage de l’hydrogène liquide par le réacteur pour comprimer davantage la masse de réaction. Selon le chercheur, cela pourrait permettre de fournir des niveaux de poussée comparables à ceux d’un concept NTP de classe NERVA, mais avec une intensité de 1400 à 2000 secondes d’Impulsion spécifique. Associé à un cycle NEP, les niveaux de poussée seraient alors encore améliorés.
Idéalement, le chercheur promet qu’une telle conception pourrait permettre d’atteindre Mars en seulement 45 jours et potentiellement révolutionner l’exploration humaine de l’espace lointain. Un tel transit réduirait non seulement la durée globale de la mission, mais aussi considérablement les risques majeurs associés aux missions vers Mars, notamment l’exposition aux radiations et le temps passé en microgravité.
