Carburant résistant aux réacteurs nucléaires

General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) a testé avec succès un carburant nucléaire conçu pour la propulsion et l’alimentation des vaisseaux spatiaux futurs. Les tests confirment la capacité du carburant à supporter les conditions extrêmes d’un réacteur de fusée nucléaire.

Jusqu’à présent, les vaisseaux spatiaux se sont principalement appuyés sur des fusées chimiques pour la propulsion, une technologie qui mérite le respect. Les moteurs chimiques ont lancé le premier satellite, posé le premier humain sur la Lune et propulsé les premières sondes spatiales au-delà de notre système solaire.

Les limitations de la propulsion chimique.

Les fusées chimiques ont déjà atteint les limites théoriques de leurs performances, un jalon atteint pour la première fois en 1942 avec le voyage de la fusée V-2 allemande dans l’espace. Depuis, les progrès se sont concentrés sur l’augmentation de la taille et de l’efficacité des fusées grâce à des améliorations non liées aux moteurs eux-mêmes.

Bien que des alternatives comme les moteurs ioniques et les voiles solaires existent, elles produisent une poussée minimale et ont des usages limités. Pour des missions véritablement ambitieuses, les ingénieurs spatiaux recherchent des moteurs capables de fournir au moins un tiers de puissance en plus que les meilleures fusées chimiques. Un tel moteur pourrait permettre des navettes rapides entre l’orbite terrestre basse et la Lune, des ajustements orbitaux rapides, et des missions habitées vers Mars et d’autres planètes dans des délais raisonnables.

La propulsion thermique nucléaire.

Le système de propulsion thermique nucléaire (NTP), communément appelé fusée nucléaire, est le candidat le plus prometteur – et actuellement le seul – pour répondre à ces besoins. Proposé pour la première fois en 1945, ce concept remplace la combustion chimique par un réacteur nucléaire pour chauffer un propulseur. Bien que l’hydrogène soit le choix le plus probable pour le propulseur, presque toute substance, y compris l’eau, pourrait être utilisée, car le rôle du propulseur est uniquement d’agir comme masse de réaction, expulsée pour générer une poussée conformément à la première loi de Newton.

Le concept est simple, mais les défis techniques résident dans les détails. Par exemple, le réacteur doit supporter des températures extrêmement élevées, des vibrations intenses et de l’hydrogène gazeux superchauffé et hautement réactif. Ces conditions atteignent jusqu’à 2 326 °C (4 220 °F).

Le carburant nucléaire conventionnel peine à résister à de telles extrêmes, mais ce dont les ingénieurs de fusées ont besoin, c’est d’un carburant qui non seulement survive à ces conditions, mais aussi résiste aux fissures ou éclats dans le processus.

Les tests réussis confirment la durabilité du carburant nucléaire avancé.

Scott Forney, président de GA-EMS, a déclaré que les tests récents réalisés au Centre de vol spatial Marshall de la NASA à Redstone Arsenal, en Alabama, ont confirmé la capacité du nouveau carburant à supporter des températures opérationnelles sans érosion ni dégradation. Le carburant a résisté à la chaleur complète du réacteur et à l’exposition au gaz hydrogène pendant 20 minutes, soit la durée nécessaire lors d’une manœuvre de boost typique. Des tests supplémentaires ont évalué les performances du carburant dans des conditions de protection variées, non spécifiées de manière explicite.

Dr Christina Back, vice-présidente des Technologies et Matériaux Nucléaires de GA-EMS, a souligné l’importance de ces résultats : “À notre connaissance, nous sommes la première entreprise à utiliser l’installation de test environnemental des éléments combustibles compacts (CFEET) du NASA MSFC pour tester avec succès et démontrer la viabilité du carburant après un cycle thermique à des températures et des taux de variation représentatifs de l’hydrogène.” Elle a ajouté : “Nous avons également mené des tests dans un environnement non hydrogène à notre laboratoire GA-EMS, où le carburant a très bien performé à des températures allant jusqu’à 3 000 °K (4 940 °F, 2 726 °C). Ce niveau de performance pourrait rendre le système NTP deux à trois fois plus efficace que les moteurs de fusées chimiques traditionnels. Nous sommes impatients de poursuivre notre collaboration avec la NASA pour faire progresser et affiner le carburant afin de répondre aux exigences des futures missions cislunaires et vers Mars.”

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Lire la suite :NASA Unveils New Mars Helicopter Design, Building on Ingenuity’s Success