La NASA prépare la première propulsion nucléaire vers Mars
La NASA prévoit de lancer fin 2028 Space Reactor-1 Freedom, premier engin spatial dont la propulsion au-delà de l’orbite terrestre sera alimentée par un réacteur nucléaire. Le démonstrateur associera un réacteur à fission de plus de 20 kWe à un propulseur électrique à effet Hall. Une architecture très économe en carburant, capable de fonctionner pendant des milliers d’heures, mais dont la poussée reste extrêmement faible.
La NASA veut franchir une étape inédite dans l’histoire de la propulsion spatiale. Prévu pour décembre 2028, Space Reactor-1 Freedom, ou SR-1 Freedom, doit devenir le premier engin interplanétaire propulsé grâce à l’électricité produite par un réacteur nucléaire. Sa destination : Mars, qu’il devrait atteindre en 2029.
Il ne s’agira ni d’une mission habitée ni d’un atterrissage. L’engin effectuera un survol de la planète rouge et y larguera SkyFall, un ensemble de trois petits hélicoptères dérivés d’Ingenuity, l’appareil qui a réalisé 72 vols dans l’atmosphère martienne entre 2021 et 2024. Équipés notamment de caméras et de radars capables de sonder le sous-sol, ils devront repérer de possibles réserves d’eau et étudier des zones susceptibles d’accueillir de futures missions.
Mais l’objectif principal de SR-1 Freedom sera technologique : démontrer qu’un réacteur à fission peut produire dans l’espace l’électricité nécessaire à une propulsion électrique pendant un voyage interplanétaire.
Une première à bien définir
La propulsion électrique est déjà largement utilisée dans l’espace. De nombreux satellites emploient des moteurs ioniques pour corriger leur orbite. La sonde américaine Dawn a même utilisé une propulsion électrique alimentée par des panneaux solaires pour explorer Vesta et Cérès.
Des réacteurs nucléaires ont également été envoyés dans l’espace. Les États-Unis ont placé en orbite terrestre le réacteur SNAP-10A en 1965, tandis que l’Union soviétique en a lancé plusieurs dizaines pour alimenter des satellites de reconnaissance. Aucun n’a toutefois quitté l’orbite terrestre et aucun réacteur à fission n’a encore fourni l’énergie propulsive d’un engin interplanétaire.
SR-1 Freedom ne sera donc pas le premier vaisseau à propulsion électrique, ni le premier réacteur envoyé dans l’espace. Il doit être, selon la formulation de la NASA, le premier engin à utiliser un réacteur nucléaire à fission pour sa propulsion au-delà de l’orbite terrestre.
Le réacteur produit de l’électricité, pas directement de la poussée
SR-1 Freedom reposera sur une propulsion nucléaire-électrique. Dans cette architecture, le réacteur et le moteur sont deux systèmes distincts.
La fission de l’uranium produit d’abord de la chaleur. Celle-ci est convertie en électricité par un cycle fermé de Brayton : un gaz mis en mouvement par la chaleur du réacteur entraîne une turbine couplée à un alternateur, avant d’être refroidi puis réinjecté dans le circuit. Le système devrait fournir plus de 20 kilowatts électriques. La NASA indique que le combustible sera de l’uranium faiblement enrichi à haute teneur, ou HALEU.
L’électricité produite est ensuite envoyée vers un propulseur à effet Hall. Contrairement à un moteur-fusée classique, aucun produit de combustion brûlant n’est éjecté. Le moteur ionise un gaz — généralement du xénon — puis accélère les ions ainsi formés grâce à des champs électrique et magnétique. Éjectés à très grande vitesse, ces ions engendrent une poussée dans la direction opposée.
Le panache bleu caractéristique de ces moteurs provient du xénon ionisé. À la sortie, un système émet des électrons afin de neutraliser le flux d’ions et d’éviter que le vaisseau ne se charge électriquement.
Un moteur électrique de 12 kilowatts
La NASA prévoit d’utiliser l’Advanced Electric Propulsion System (AEPS), un propulseur à effet Hall de 12 kilowatts développé avec Aerojet Rocketdyne, désormais intégré à L3Harris.
Le système bénéficiera de technologies initialement développées pour des missions lunaires. Pour SR-1 Freedom, la NASA annonce un réacteur produisant plus de 20 kW électriques et un engin d’une masse totale d’environ 12 tonnes. Elle n’a toutefois pas encore publié l’architecture électrique définitive de la mission ni précisé le nombre de propulseurs qui fonctionneront simultanément. ■