NTR

Un moteur-fusée thermique nucléaire (NTR) est un système de propulsion qui chauffe un fluide de travail, généralement de l'hydrogène liquide, en le faisant passer à travers un cœur de réacteur nucléaire, puis expulse ce fluide chauffé par une tuyère pour produire une poussée. Contrairement aux fusées chimiques qui génèrent de l'énergie par combustion, un NTR tire sa chaleur de la fission nucléaire contrôlée, permettant au fluide de travail d'atteindre des températures beaucoup plus élevées et donc des vitesses d'éjection plus grandes. Cette différence fondamentale signifie qu'un NTR peut atteindre des impulsions spécifiques de l'ordre de 800 à 900 secondes, comparé à 450 secondes pour un moteur chimique haute performance comme le moteur principal de la navette spatiale.

L'avantage de performance thermique provient de la densité énergétique du combustible nucléaire et de la capacité à séparer la source de chaleur du propergol. Dans un NTR, l'hydrogène liquide entre dans les passages de refroidissement de la structure du réacteur, absorbant la chaleur en circulant autour du cœur de fission, puis s'écoule dans la chambre de poussée où l'énergie thermique est convertie en énergie cinétique. Le réacteur fonctionne en régime permanent pendant l'allumage du moteur, maintenant une puissance de sortie relativement stable. Les différentes conceptions de NTR varient en configuration de réacteur, en choix de propergol (certaines propositions ont utilisé de l'ammoniac ou de l'eau) et en géométrie de refroidissement.

Aucun NTR n'a volé en service opérationnel sur un engin spatial réel. Le programme NERVA, mené conjointement par la NASA et le Département de l'Énergie dans les années 1970, a construit et testé au sol plusieurs moteurs NTR, atteignant des niveaux de poussée de 50 000 à 200 000 livres et démontrant un fonctionnement fiable lors de nombreux essais. Les essais au sol ont identifié des défis critiques : le cyclage thermique des matériaux du réacteur, la fragilisation par les neutrons des composants structurels, les exigences de blindage pour l'équipage et les instruments, et la complexité d'ingénierie pour contenir les réactions nucléaires pendant le vol propulsé.

Les obstacles réglementaires et opérationnels ont maintenu les NTR sur la planche à dessin plutôt que sur la rampe de lancement. Les traités internationaux restreignent les matières nucléaires dans l'espace ; l'élimination d'un moteur NTR défaillant rentrant dans l'atmosphère présente un risque radiologique ; et les barrières politiques au lancement de tout réacteur nucléaire, même un petit réacteur conçu, restent importantes. L'intérêt moderne pour la technologie NTR a resurgi dans les études d'architecture de mission avancées pour Mars et les missions en espace lointain, où les économies de masse dues à une vitesse d'éjection plus élevée pourraient réduire considérablement les coûts de lancement totaux ou le temps de transit.

Le nom « thermique nucléaire » distingue ce concept des autres schémas de propulsion nucléaire : les fusées électriques nucléaires, qui utilisent la chaleur du réacteur pour générer de l'électricité pour les propulseurs ioniques ou à arc, ou les fusées à impulsion nucléaire, qui reposent sur des explosions nucléaires pour l'impulsion. Dans la littérature d'ingénierie aérospatiale et les études de faisabilité gouvernementales, vous rencontrerez le plus souvent la terminologie NTR dans l'analyse de trajectoires à longue portée, les études de missions humaines vers Mars et les discussions sur les budgets de masse de propergol pour les missions à haute delta-v au-delà de l'orbite terrestre basse.