fusée nucléaire-thermique

Une fusée nucléaire-thermique est un système de propulsion dans lequel un ergol liquide, généralement de l'hydrogène liquide, est chauffé par un réacteur nucléaire et expulsé par une tuyère pour produire une poussée. Le cœur du réacteur remplace la chambre de combustion chimique d'un moteur de fusée conventionnel. Le gaz propulseur chaud sort à des vitesses de 7 000 à 9 000 mètres par seconde, contre environ 4 000 à 4 500 mètres par seconde pour les meilleurs moteurs chimiques. Cette vitesse d'éjection plus élevée, mesurée comme impulsion spécifique, se traduit par une plus grande capacité de charge utile ou des temps de transit plus rapides pour une masse de lancement donnée.

La boucle de l'ergol est simple en principe : l'hydrogène liquide entre dans des chemises de refroidissement autour du cœur du réacteur, où il absorbe la chaleur de la réaction de fission et se vaporise, puis s'écoule à travers la tuyère et sort par la jupe du moteur. Le réacteur fonctionne à des températures comprises entre 2 200 et 2 700 Kelvin pendant la poussée. L'hydrogène liquide est choisi parce que son faible poids moléculaire maximise la vitesse d'éjection pour une énergie thermique donnée. Le système nécessite un blindage robuste autour du réacteur et une gestion thermique minutieuse pour éviter l'ébullition de l'ergol pendant le stockage et les périodes d'attente avant la mise à feu.

Les moteurs nucléaires-thermiques ont été largement testés au sol mais n'ont jamais volé sur un engin spatial opérationnel. Le programme NERVA aux États-Unis, des années 1960 aux années 1970, a démontré des moteurs délivrant plus de 800 secondes d'impulsion spécifique. La Russie a mené un développement parallèle. La technologie reste attrayante pour les missions de longue durée vers Mars ou les planètes extérieures, où la vitesse d'éjection supérieure réduit le temps de trajet et la masse totale d'ergol. Cependant, des obstacles réglementaires, politiques et de coûts ont empêché son déploiement. L'intérêt moderne se concentre sur les conceptions de réacteurs avancées qui pourraient fonctionner en cycles de tir soutenus et répétés plutôt que le profil à usage unique des propulseurs chimiques.

Le nom reflète sa distinction fondamentale : « thermique » fait référence au transfert de chaleur de la réaction nucléaire à l'ergol, plutôt qu'à la combustion de carburant et d'oxydant. « Nucléaire-thermique » distingue le moteur des systèmes purement nucléaires-électriques, qui convertissent l'énergie thermique ou de fission en énergie électrique pour alimenter des propulseurs ioniques ou d'autres méthodes d'accélération électromagnétique. Sur le papier, les moteurs nucléaires-thermiques sont plus simples et plus robustes que les propulseurs ioniques pour le même budget de delta-v, bien que les deux nécessitent une alimentation par radio-isotope ou par réacteur et que les deux transportent une masse significative en blindage et en structure.

Un défi persistant est l'activation neutronique des matériaux du moteur et la nécessité d'une opération et d'une manipulation à distance après le tir. Le cœur du réacteur et la tuyère deviennent radioactifs et nécessitent une élimination ou une décontamination spécialisée. Les essais au sol nécessitent un confinement et une surveillance radiologique. Ces facteurs, combinés aux exigences de licence de lancement et aux préoccupations d'acceptation publique, ont maintenu la propulsion nucléaire-thermique dans la phase de recherche et développement malgré ses avantages théoriques en termes de performances par rapport aux alternatives chimiques et électriques.