La propulsion nucléaire spatiale

Fusée à propulsion nucléaire : une solution énergétique pour l’avenir de l’exploration spatiale

Plus efficace, plus fiable et plus légère, la fusée à propulsion nucléaire est en train de s’imposer comme l’avenir de l’exploration spatiale.

L’un des principaux défis de l’exploration spatiale est qu’elle demande une énergie considérable. S’extraire de l’attraction terrestre demande une propulsion initiale très forte, et il faut ensuite pouvoir se déplacer dans l’espace et pour les missions habitées alimenter les systèmes de pointe embarqués à bord (capteurs, moniteurs, lumière, chauffage pour l’équipage, chaufferettes qui protèges les composants du froid spatial, recyclage de l’eau et de l’air…). Les carburants fossiles sont trop lourds pour remplir cette mission dans la durée. Les panneaux solaires présentent des avantages indéniables – peu coûteux, efficaces. Cependant, leur efficacité décroit à mesure que l’engin spatial s’éloigne du soleil, et il faut prévoir une source secondaire pour prendre le relais.

On a perdu Opportunity : Ce robot explorateur de la NASA envoyé sur Mars le 25 janvier 2004 a été perdu après environ 15 années de bons et loyaux services. Équipé de panneaux solaires, il a été pris dans une tempête de poussière, qui a empêché ses batteries de se recharger pendant plusieurs semaines. Cet accident fut le point de bascule qui imposa le nucléaire comme la seule solution viable pour l’exploration spatiale lointaine. Le « rover » Curiosity fonctionne pour sa part sans difficultés depuis sept ans, il fonctionne sans interruption grâce à l’énergie fournie par un générateur au plutonium.

Sur le même modèle que la propulsion navale des sous-marins, le nucléaire peut être utilisé dans une fusée afin de produire l’énergie nécessaire à sa proportion ainsi qu’à tous les besoins vitaux de ses habitants. Cela prendrait la forme de réacteurs nucléaires miniatures embarqués à bord, qui alimentent en électricité les engins spatiaux grâce à la désintégration de matériaux radioactifs.

Cette solution permet d’embarquer une réserve d’énergie considérable, légère et très peu encombrante par rapport aux propulseurs chimiques utilisés jusque-là. Ils ont le potentiel de révolutionner le tracer des trajectoires de vols en permettant de se passer de l’assistance et l’attraction gravitationnelle.

Les risques pour un vol nucléaire ne sont pas plus importants que l’emploi d’une fusée qui se sert de la propulsion chimique. L’autonomie serait par contre sensiblement renforcée. Il faudrait alors choisir entre deuxradioisotopes selon les besoins du vol :

Le plutonium 238 (238Pu), pour une demi-vie de 88 ans et une forte puissance ;
L’américium 241 (241Am) pour une demi-vie de 432 ans, mais qui est 4 à 5 fois moins puissant.

Le principal enjeu est d’éviter la contamination de la zone de décollage si jamais la fusée explose sur le pas de tir ou si elle se désintègre dans l’atmosphère.

Cas pratique : le voyage vers Mars

Le voyage spatial vers Mars est aujourd’hui estimé entre six à neuf mois. Cependant, grâce à la propulsion nucléaire thermique, ce temps pourrait être raccourci de près de la moitié. Au-delà de la réduction du temps de confinement des spationautes (un atout psychologique de taille), cela limiterait aussi leur exposition aux radiations des rayonnements galactiques et des éruptions solaires. Aussi, contre intuitivement, le nucléaire spatial permet de réduire l’exposition à la radioactivité !

Lors d’un vol alimenté au nucléaire, c’est la chaleur produite par le réacteur qui communique l’énergie nécessaire au fluide propulsif. Cela pose toutefois aujourd’hui des difficultés techniques de couplage efficace de l’énergie nucléaire avec le moteur du vaisseau chargé de produire une poussée. Ces derniers ne sont pas encore parfaitement adaptés à cette nouvelle source d’énergie.

Des solutions sont cependant en développement. La NASA est en train de finaliser le prototype KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Technology), petit système de fission capable de fournir 10 kW d’électricité en continu pendant au moins 10 ans. L’Agence spatiale russe Roscosmos a également confirmé un projet de vol spatial nucléaire d’ici 2030 destiné à réaliser des vols cargos entre la terre et la lune.

Plus expérimental, le projet Orion de la NASA permettrait de déclencher de petites explosions nucléaires à l’extérieur du vaisseau spatial, près d’une plaque de poussée qui récupérerait chaque onde de choc pour ensuite la transformer en propulsion.