« Nous utilisons du carburant nucléaire liquide pour Mars » : l’uranium entre dans une nouvelle ère de propulsion spatiale

Le développement d’une propulsion nucléaire thermique révolutionnaire, basée sur l’utilisation d’uranium liquide, promet de transformer l’exploration spatiale. Cette nouvelle technologie, baptisée « Centrifugal Nuclear Thermal Rocket » (CNTR), est en cours de développement par des chercheurs de l’Université de l’Alabama à Huntsville et de l’Université d’État de l’Ohio. Elle vise à doubler l’efficacité des systèmes de propulsion actuels, ce qui représente une avancée majeure pour les missions spatiales de longue durée. En utilisant du carburant à base d’uranium fondu, chauffé directement par les réacteurs, cette technologie pourrait réduire le temps de voyage vers Mars et au-delà, tout en augmentant considérablement les capacités des engins spatiaux.

Une efficacité doublée pour les engins spatiaux grâce à l’uranium

La propulsion nucléaire thermique (NTP) est envisagée depuis longtemps comme une alternative prometteuse aux fusées chimiques, qui cherchent principalement à réduire les coûts plutôt qu’à améliorer l’efficacité. Le programme DRACO de la NASA, un système NTP à cœur solide, vise une impulsion spécifique d’environ 900 secondes, soit le double des fusées chimiques mais la moitié de celle de nombreux propulseurs ioniques. Le CNTR utilise du carburant à base d’uranium liquide au lieu de carburant solide, comme dans les conceptions NTP traditionnelles, pour atteindre une impulsion spécifique d’environ 1500 secondes. Cette amélioration pourrait sensiblement augmenter les capacités de « delta-v » (changement de vitesse) des engins spatiaux tout en maintenant des niveaux de poussée similaires. Dans le design CNTR, le carburant d’uranium fondu est rapidement tourné dans une centrifugeuse, et du gaz d’hydrogène est injecté à travers le liquide surchauffé pour générer la poussée. La principale différence entre le concept CNTR et les systèmes NTP traditionnels réside dans l’utilisation de carburant liquide contenu dans des cylindres rotatifs par la force centrifuge.

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Relever les défis

Le développement du CNTR présente des défis d’ingénierie considérables. Un nouvel article dans Acta Astronautica, le quatrième d’une série sur l’évolution du moteur, décrit dix de ces problèmes. Les équipes de recherche se sont concentrées sur quatre d’entre eux dans leurs travaux récents. Des progrès ont été réalisés dans la gestion des réactions nucléaires de l’engin, ou « neutronics ». L’ajout d’Erbium-167 dans leurs modèles vise à aider à stabiliser les températures internes. Les chercheurs ont également souligné que les sous-produits de fission comme le xénon et le samarium pourraient affecter négativement la réaction s’ils ne sont pas correctement éliminés, un domaine nécessitant davantage de simulations. Comprendre comment les bulles d’hydrogène se déplacent dans le carburant liquide est un autre axe de recherche. Des expériences utilisant les systèmes « Ant Farm » (statique) et « BLENDER II » (rotatif) fournissent des données. Le système BLENDER II utilise des rayons X pour étudier le comportement des bulles dans des matériaux substituts à l’uranium, bien que modéliser mathématiquement ces dynamiques reste difficile.

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Développements futurs et potentiel

Les auteurs précisent que le CNTR n’est pas prêt pour un prototype complet et nécessite davantage de modélisation et d’optimisation. Les recherches futures se concentreront sur la perte d’uranium et le test de la solution DEP avec des expériences sur banc. Le concept CNTR offre un potentiel révolutionnaire pour la propulsion spatiale, avec une augmentation de performance prévue de deux fois par rapport à l’effort NTP à carburant solide développé par la NASA pour la mission DRACO. Les chercheurs sont convaincus que cette technologie pourrait transformer l’exploration spatiale en réduisant significativement le temps de trajet vers des destinations lointaines.

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Vers une exploration spatiale accélérée

Les perspectives offertes par le CNTR sont vastes et pourraient changer la donne pour l’exploration spatiale de demain. En augmentant l’efficacité de la propulsion spatiale, les missions vers Mars et d’autres destinations éloignées pourraient devenir plus réalisables et plus fréquentes. La technologie continue de se développer, avec des recherches continues pour optimiser les performances et résoudre les défis restants. L’ajout de nouvelles technologies, comme le DEP pour la récupération d’uranium, souligne l’approche innovante des chercheurs. Alors que nous nous dirigeons vers un futur où les voyages interplanétaires seront plus courants, quels autres développements technologiques émergeront pour soutenir ces ambitions audacieuses ?