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Le nouveau plan de fusée nucléaire de la NASA vise à atteindre Mars en seulement 45 jours: ScienceAlert

Nous vivons à une époque d’exploration spatiale renouvelée, dans laquelle de nombreuses agences prévoient d’envoyer des astronautes Lune Dans les années à venir. Cela sera suivi au cours de la prochaine décennie par des missions habitées pour Mars par la NASA et la Chine, qui pourraient être rejointes par d’autres pays d’ici peu.

Ces missions et d’autres qui emmèneront les astronautes au-delà de l’orbite terrestre basse (LEO) et du système Terre-Lune nécessitent de nouvelles technologies, allant du maintien de la vie et de la radioprotection à l’énergie et à la propulsion.

Et quand il s’agit de ce dernier, Propulsion nucléaire et nucléaire thermoélectrique (NTP/NEP) est le meilleur concurrent !

La NASA et le programme spatial soviétique ont passé des décennies à rechercher la propulsion nucléaire pendant la course à l’espace.

Il y a quelques années, la NASA a relancé son programme nucléaire Dans le but de développer la propulsion nucléaire bimodale – un système en deux parties constitué d’un élément NTP et NEP – qui pourrait permettre la traversée en Mars dans 100 jours.

Une nouvelle classe de système bimodal NTP/NEP avec un cycle d’ondes tournantes propulse Mars rapidement. (Ryan Goss)

dans le cadre de Concepts avancés et innovants de la NASA (NIAC) pour 2023, la NASA a sélectionné un concept nucléaire pour le développement de la première étape. Cette nouvelle classe de système de propulsion nucléaire bi-modale utilise « Garniture de cycle de vague de vertigeEt cela pourrait réduire les temps de transit vers Mars à seulement 45 jours.

La proposition est intituléeMode double NTP/NEP avec garniture de cycle d’onde rotative», par le professeur Ryan Goss, directeur régional du programme Hypersonics de l’Université de Floride et membre de l’Université de Floride Recherche appliquée en ingénierie en Floride L’équipe FLARE.

La proposition de Gosse est l’une des 14 sélectionnées par la NAIC cette année pour le développement de la phase 1, qui comprend une subvention de 12 500 $ pour aider à faire mûrir la technologie et les méthodes utilisées. D’autres propositions ont inclus des capteurs, des outils, des technologies de fabrication, des systèmes d’alimentation innovants, etc.

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La propulsion nucléaire se résume essentiellement à deux concepts, tous deux basés sur des technologies rigoureusement testées et validées.

Pour la propulsion nucléaire thermique (NTP), le cycle consiste en un propulseur chauffant l’hydrogène liquide (LH2) d’un réacteur nucléaire, le convertissant en hydrogène gazeux ionisé (plasma) qui est ensuite acheminé à travers des tuyères pour générer une poussée.

Plusieurs tentatives ont été faites pour construire un test de ce système de propulsion, y compris projet de roverun effort de collaboration entre l’USAF et la Commission de l’énergie atomique (AEC) lancé en 1955.

En 1959, la NASA reprend la mission de l’USAF, et le programme entre dans une nouvelle phase dédiée aux applications spatiales. Cela a finalement conduit à Moteur nucléaire pour application de véhicule lance-missiles (Nerva), qui est un réacteur nucléaire solide testé avec succès.

Avec la fermeture de l’ère Apollo en 1973, le financement du programme a été considérablement réduit, ce qui a conduit à son annulation avant que tout essai en vol puisse avoir lieu. Pendant ce temps, les Soviétiques ont développé leur propre concept NTP (RD-0410) entre 1965 et 1980 et a effectué un essai au sol avant l’annulation du programme.

D’autre part, la propulsion électrique nucléaire (NEP) s’appuie sur un réacteur nucléaire pour fournir de l’électricité à Motif à effet Hall (moteur ionique), qui génère un champ électromagnétique qui ionise et accélère un gaz inerte (comme le xénon) pour créer une poussée. Les tentatives de développement de cette technologie incluent la NASA Initiative des systèmes nucléaires (INS) Le projet Prometheus (2003 à 2005).

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Les deux systèmes présentent des avantages significatifs par rapport à la propulsion chimique conventionnelle, notamment un indice de propulsion spécifique (Isp) plus élevé, un rendement énergétique et une densité d’énergie pratiquement illimitée.

Alors que les concepts NEP ont l’avantage de fournir plus de 10 000 secondes ISp, ce qui signifie qu’ils peuvent maintenir la poussée pendant près de trois heures, le niveau de poussée est très faible par rapport aux missiles conventionnels et NTP.

Le besoin d’une source d’énergie électrique soulève également la question de l’expulsion de la chaleur dans l’espace, dit Gosse – la conversion de l’énergie thermique est de 30 à 40 % dans des conditions idéales.

Et bien que les conceptions NTP NERVA soient la méthode préférée pour les missions habitées vers Mars et au-delà, cette méthode a également des problèmes pour fournir des fractions de masse initiale et finale suffisantes pour les missions à delta-v élevé.

C’est pourquoi les propositions qui incluent les deux modes de paiement (bimodal) sont privilégiées, car elles cumuleront les avantages des deux. La proposition de Gosse appelle à une conception bimodale basée sur le réacteur NERVA à noyau solide qui délivrerait une impulsion indiquée (Isp) de 900 secondes, soit le double des performances actuelles des fusées chimiques.

Le cycle proposé par Gosse comprend également un compresseur à ondes de pression – ou Wave Rotor (WR) – une technologie utilisée dans les moteurs à combustion interne qui exploite les ondes de pression générées par la rétroaction de la pression d’air d’admission.

Lorsqu’il est associé à un moteur NTP, le WR utilise la pression créée par le réacteur chauffant le combustible LH2 pour comprimer davantage la masse de réaction. Comme promis par Gosse, cela fournira des niveaux de poussée similaires à ceux du concept NTP de classe NERVA mais avec un ISP de 1400-2000s. Lorsqu’il est combiné avec un cycle NEP, Il a dit Gosse, les niveaux de poussée sont encore améliorés :

« En combinaison avec le cycle NEP, le cycle de service ISp (1800-4000 secondes) peut être augmenté avec un ajout minimal de masse sèche. Cette conception bimode permet un transfert rapide pour les missions habitées (45 jours vers Mars) et révolutionne l’espace lointain exploration de notre système solaire ».

Basée sur la technologie de propulsion conventionnelle, une mission habitée vers Mars pourrait durer jusqu’à trois ans. Ces missions seront lancées tous les 26 mois lorsque la Terre et Mars seront à leur point le plus proche (c’est-à-dire l’opposition de Mars) et passeront au moins six à neuf mois en transit.

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Un transit de 45 jours (six semaines et demie) réduirait la durée totale de la tâche à des mois plutôt qu’à des années. Cela réduirait considérablement les risques majeurs associés aux missions vers Mars, notamment l’exposition aux radiations, le temps passé en microgravité et les problèmes de santé connexes.

En plus de la propulsion, il existe des propositions de nouvelles conceptions de réacteurs qui fourniraient une source d’énergie stable pour les missions de surface de longue durée où l’énergie solaire et éolienne ne sont pas toujours disponibles.

Les exemples incluent la NASA Réacteur kilowatt utilisant la technologie Sterling (KRUSTY) f Réacteur hybride fission/fusion Il a été sélectionné pour la première phase de développement par la sélection NAIC 2023 de la NASA.

Ces applications nucléaires et d’autres pourraient un jour permettre des missions habitées vers Mars et d’autres endroits dans l’espace lointain, peut-être plus tôt que nous ne le pensons !

Cet article a été initialement publié par l’univers aujourd’hui. Lire L’article d’origine.

Delphine Perrault

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