La seule voie réaliste de la NASA pour les humains sur Mars est la propulsion nucléaire

Amener les humains sur Mars et en revenir est assez difficile. Incroyablement difficile, en fait. De nombreux défis sont confrontés à la NASA et à d’autres futurs pionniers de Mars lors de la planification de missions sur la planète rouge, mais le principal d’entre eux est la quantité de propulseur nécessaire.

Lors du programme Apollo il y a 50 ans, les humains se sont rendus sur la Lune en utilisant la propulsion chimique, c’est-à-dire des moteurs-fusées qui brûlaient de l’oxygène liquide et de l’hydrogène dans une chambre de combustion. Cela a ses avantages, comme donner à la NASA la possibilité de démarrer et d’arrêter rapidement un moteur, et la technologie était alors la plus mature pour les voyages dans l’espace. Depuis lors, quelques nouvelles techniques de propulsion dans l’espace ont été conçues. Mais aucun n’est meilleur ou plus rapide pour les humains que la propulsion chimique.

C’est un problème. La NASA a quelques missions de base pour envoyer quatre astronautes ou plus sur Mars, mais s’appuyer sur la propulsion chimique pour s’aventurer au-delà de la Lune ne la réduira probablement pas. La raison principale est qu’il faut beaucoup de carburant pour fusée pour envoyer des fournitures et des astronautes sur Mars. Même dans des scénarios favorables où la Terre et Mars s’alignent tous les 26 mois, une mission homme-Mars nécessite encore 1 000 à 4 000 tonnes métriques de propulseur.

Si c’est difficile à visualiser, considérez ceci. Lorsqu’elle sera mise à niveau vers sa configuration Block 1B, la fusée Space Launch System de la NASA aura une capacité de charge de 105 tonnes en orbite terrestre basse. La NASA prévoit de lancer cette fusée une fois par an, et son coût sera probablement d’environ 2 milliards de dollars pour le vol. Donc, pour mettre suffisamment de carburant en orbite pour une mission sur Mars, il faudrait au moins 10 lancements de la fusée SLS, soit environ une décennie et 20 milliards de dollars. Juste pour le carburant.

L’essentiel: si nous allons sur Mars, nous devons probablement réfléchir à d’autres façons de le faire.

Passer au nucléaire

Un nouveau rapport des Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine offre des réponses sur deux de ces manières. Conduit à la demande de la NASA, un large comité d’experts a évalué la viabilité de deux moyens de propulsion – nucléaire thermique et nucléaire électrique – pour une mission humaine lancée sur Mars en 2039.

“L’une des principales conclusions du rapport est que si nous voulons envoyer des humains sur Mars, et que nous voulons le faire à plusieurs reprises et de manière durable, la propulsion spatiale nucléaire est sur la bonne voie”, a déclaré Bobby Braun, directeur de la science planétaire. au Jet Propulsion Laboratory et coprésident du comité qui a rédigé le rapport, lors d’une entrevue.

Le comité n’a pas été invité à recommander une technologie particulière, chacune reposant sur des réactions nucléaires mais fonctionnant différemment. La propulsion thermique nucléaire (NTP) implique un moteur-fusée dans lequel un réacteur nucléaire remplace la chambre de combustion et brûle de l’hydrogène liquide comme combustible. La propulsion électrique nucléaire (NEP) convertit la chaleur d’un réacteur à fission en énergie électrique, comme une centrale électrique sur Terre, puis utilise cette énergie pour produire une poussée en accélérant un propulseur ionisé, tel que le xénon.

“Si vous regardez les recommandations du comité pour le NTP, nous avons estimé qu’un programme agressif, basé sur le travail de base qui a été accompli récemment, pourrait nous y amener”, a déclaré Braun à propos de l’objectif de Mars 2039. “Pour NEP, nous avons estimé qu’il n’était pas clair si un tel programme pouvait nous y amener, mais nous n’avons pas conclu qu’il ne pourrait pas nous y amener.”

La propulsion nucléaire nécessite beaucoup moins de carburant que la propulsion chimique, souvent moins de 500 tonnes métriques. Cela serait utile pour une mission sur Mars qui comprendrait plusieurs missions avancées pour préparer la cargaison sur la planète rouge. La consommation de carburant de la propulsion nucléaire est également plus cohérente avec les opportunités de lancement offertes par les orbites de la Terre et de Mars. Au cours de certaines conjonctions, qui se produisent environ tous les 26 mois, le propulseur nécessaire pour terminer une mission sur Mars avec des propulseurs chimiques est si élevé qu’il n’est tout simplement pas faisable.

Un plan pour la NASA

Si la NASA veut utiliser la propulsion nucléaire dans des missions humaines au cours des années 2030, elle doit se lancer immédiatement dans le développement technologique, indique le rapport. Jusqu’à présent, l’agence a été quelque peu réticente à agir rapidement sur la propulsion nucléaire. Cela peut être en partie dû au fait que l’agence spatiale est si fortement investie dans la fusée du système de lancement spatial et la propulsion chimique nécessaires au programme Artemis Moon.

Ces dernières années, la NASA n’a donc pas demandé de financement pour la propulsion nucléaire. Le Congrès a de toute façon affecté de l’argent à cet effort. Au cours du projet de loi budgétaire de l’exercice 2021, la NASA a reçu 110 millions de dollars pour le développement de la propulsion thermique nucléaire.

Braun a déclaré qu’il en coûterait beaucoup plus – au moins un ordre de grandeur – à la NASA de travailler avec le ministère de l’Énergie et d’autres parties du gouvernement pour développer cette technologie et commencer des vols de fret vers Mars au milieu des années 2030. Cependant, il a déclaré que c’était le genre de projet que la NASA serait bien placée pour entreprendre.

«C’est le genre de défi technologique pour lequel la NASA a été conçue, et c’est le genre de défi technologique que notre pays s’attend à ce que la NASA soit capable de surmonter», a déclaré Braun. “Vous savez, pour revenir au programme Apollo, c’est le genre de chose pour laquelle la NASA a été créée. Donc, je pense qu’ils pourraient le faire.”

Starship

Et qu’en est-il du concept Starship que SpaceX construit pour envoyer des humains sur Mars? Le projet cherche à résoudre le problème du besoin de beaucoup de propulseur chimique en développant un système de lancement réutilisable à faible coût. Les ingénieurs de SpaceX savent qu’il faudra beaucoup de carburant pour atteindre Mars, mais ils pensent que le problème peut être résolu si Starship peut être construit pour voler souvent et pour relativement peu d’argent. Le concept de base est de lancer un vaisseau spatial en orbite avec des réservoirs vides et de transférer le carburant lancé par d’autres vaisseaux spatiaux en orbite terrestre basse avant qu’un seul véhicule ne vole vers Mars.

Braun a déclaré que SpaceX développait un plan pour envoyer des humains sur Mars avec des hypothèses différentes de celles de la NASA. “Je pense qu’il y a une différence fondamentale dans les hypothèses que la NASA tend à faire pour le type d’infrastructure nécessaire sur Mars”, a-t-il déclaré.

Cela ne veut pas dire que Starship ne peut pas fonctionner. Cependant, cela illustre le défi de monter une mission sur Mars avec une propulsion uniquement chimique. Pour utiliser la propulsion traditionnelle, il faut repousser les limites de la réutilisation et des fusées de transport lourd à des limites extrêmes – c’est précisément ce que SpaceX essaie de faire avec son système de lancement entièrement réutilisable.

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