 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Nous vivons à une époque d'exploration spatiale renouvelée, plusieurs agences prévoyant d'envoyer des astronautes sur la Lune dans les années à venir. Au cours de la prochaine décennie, la NASA et la Chine enverront des équipages sur Mars, et d'autres pays pourraient bientôt les rejoindre. Ces missions et d'autres qui emmèneront les astronautes au-delà de l'orbite terrestre basse (LOO) 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 dans ce dernier cas, la Propulsion Nucléaire Thermique et Nucléaire Electrique (NTP/NEP) est le principal prétendant à la victoire !
Dans le cadre du programme 2023 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), la NASA a sélectionné un concept nucléaire pour la première phase de développement. Cette nouvelle classe de centrales nucléaires bimodales utilise un "cycle d'onde d'accélération du rotor" et peut réduire le temps de vol vers Mars à 45 jours.
La proposition, appelée Bimodal NTP/NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle, a été présentée par le professeur Ryan Gosse, directeur du programme hypersonique à l'Université de Floride et membre de l'équipe FLARE (Florida Program for Applied Research in Engineering). La proposition de Gosse est l'une des 14 sélectionnées par la NAIC cette année pour la première phase de développement, qui comprend une subvention de 12 500 $ pour aider à développer les technologies et les méthodes associées au projet. D'autres offres comprenaient des capteurs innovants, des instruments, des technologies de fabrication, des systèmes d'alimentation, etc.
L'énergie nucléaire se résume essentiellement à deux concepts, qui reposent tous deux sur des technologies qui ont été minutieusement testées et vérifiées. Pour la propulsion nucléaire thermique (NTP), le cycle consiste en un réacteur nucléaire qui chauffe l'hydrogène liquide (LH2), le transformant en hydrogène gazeux ionisé (plasma), qui est ensuite dirigé à travers des tuyères pour créer une poussée. Plusieurs tentatives ont été faites pour créer une version de test de ce système de propulsion, y compris le projet Rover, un projet conjoint de l'US Air Force et de la Commission de l'énergie atomique lancé en 1955.
En 1959, la NASA succède à l’US Air Force et le programme entre dans une nouvelle phase dédiée aux applications spatiales. Cela a finalement conduit au Nuclear Propulsion for Rocket Vehicles (NERVA), un réacteur nucléaire à noyau solide qui a été testé avec succès. Avec la fin de l'ère Apollo en 1973, le financement du programme a été considérablement réduit, conduisant à son annulation avant que des essais en vol ne soient effectués.
La propulsion électrique nucléaire (NEP), quant à elle, repose sur un réacteur nucléaire pour alimenter un propulseur à effet Hall (propulseur ionique) qui génère un champ électromagnétique qui ionise et accélère un gaz inerte (tel que le xénon) pour créer une poussée. Les efforts pour développer cette technologie incluent le projet Prometheus de la NASA dans le cadre de la Nuclear Systems Initiative (NSI).
Les deux systèmes présentent des avantages significatifs par rapport aux moteurs chimiques traditionnels, notamment une impulsion spécifique (Isp) plus élevée, un rendement énergétique et une densité d'énergie pratiquement illimitée. Bien que les concepts diffèrent en ce qu'ils fournissent une impulsion spécifique de plus de 10 XNUMX secondes, c'est-à-dire qu'ils peuvent maintenir la poussée pendant près de trois heures, le niveau de poussée est assez faible par rapport aux fusées conventionnelles et aux NTP.
Le besoin d'une source d'énergie électrique, a déclaré Gosse, soulève également la question de la dissipation de la chaleur dans l'espace, où la conversion de l'énergie thermique est de 30 à 40 % dans des conditions idéales. Et bien que les conceptions NTP de NERVA soient la meilleure méthode pour les missions habitées vers Mars et au-delà, cette méthode a également des problèmes pour fournir des fractions de masse initiales et finales adéquates pour les missions à forte surtension delta.
C'est pourquoi les propositions qui incluent les deux modes de déplacement (bimodal) sont privilégiées, car elles combinent les avantages des deux. La proposition de Gosse implique une conception bimodale basée sur le réacteur à combustible solide NERVA, qui fournirait une impulsion spécifique (Isp) de 900 secondes, soit le double des performances actuelles des fusées chimiques.
Le cycle proposé par Gosse comprend également un surpresseur à ondes ou rotor à ondes (WR), une technologie utilisée dans les moteurs à combustion interne qui utilise des ondes de pression créées par la réaction de compression de l'air d'admission.
Couplé à un moteur NTP, le WR utilisera la pression créée par le chauffage du combustible LH2 dans le réacteur pour comprimer davantage la masse réactionnelle. Comme le promet Gosse, cela fournira des niveaux de poussée comparables à ceux du concept NTP de classe NERVA, mais avec un temps de lancement de 1400 2000 à XNUMX XNUMX secondes. Combiné avec le cycle NEP, a déclaré Gosse, le niveau de fringales augmente encore plus.
Si des moteurs conventionnels sont utilisés, une mission habitée vers Mars peut durer jusqu'à trois ans. Ces missions seront lancées tous les 26 mois lorsque la Terre et Mars seront à leur distance la plus proche (la soi-disant opposition martienne) et passeront au moins six à neuf mois en transit.
Un transit de 45 jours (six semaines et demie) réduirait la durée totale de la mission en mois au lieu d'années. Cela réduirait considérablement les principaux risques associés aux missions vers Mars, notamment l'exposition aux radiations, le temps passé en microgravité et les problèmes de santé connexes.
En plus des centrales électriques, il existe des propositions de nouvelles conceptions de réacteurs qui fourniraient une alimentation électrique stable pour les missions au sol de longue durée où l'énergie solaire et éolienne ne sont pas toujours disponibles.
Les exemples incluent le réacteur Kilowatt de la NASA utilisant la technologie Sterling (KRUSTY) et le réacteur hybride fission/fusion sélectionné pour la première phase de développement de la NASA dans le cadre du programme NAIC 2023. Ces technologies 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 qu'on ne le pense !
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