Propulsion nucleaire pulsee

La propulsion nucléaire pulsée est une méthode de propulsion spatiale qui utilise des explosions nucléaires pour produire une poussée. Elle fut inspirée par Stanislaw Ulam en 1947 et fit l'objet d'études avancées dans le cadre du projet Orion dans les années 1950-1960. Depuis, diverses techniques et formats d'explosions nucléaires sont régulièrement proposées, dont le fameux projet Daedalus.

Projet Orion

Vaisseau Orion

Le projet Orion est la première tentative sérieuse de conception d'un véhicule à impulsions nucléaires par General Atomics sous l'égide de l'ARPA de 1950 à 1963. La fusée larguait de petites charges nucléaires directionnelles derrière elle et récupérait la poussée du souffle de l'explosion sur une grande plaque métallique montée sur un système amortisseur.

Les premières déclinaisons de ce principe promettaient des vaisseaux de taille énorme capables de décollage depuis la surface terrestre et de voyages interplanétaires rapides avec un étage unique, les versions thermonucléaires devaient permettre des voyages interstellaires. Ces potentialités étaient accessibles avec les techiques et matériaux du début des années 1960.

Les derniers rapports, orientés vers une réalisation et des missions plus immédiates, proposaient deux modules de propulsion de base et une variétés de véhicules habités ou non. Le plus petit module, avec ses 10 m de diamètre était montable sur une fusée Saturn. Finalement, le projet fut annulé après le traité d'interdiction partielle des essais nucléaires de 1963 qui rendait sa mise au point et son utilisation impossibles.

Version soviétique

« Au début des années 1960, Sakharov, je me souviens, nous avait invités dans son bureau pour nous exposer cette idée de vaisseau spatial interstellaire qui aurait été propulsé par des micro-explosions nucléaires  »

— Viktor Mikhailov, ancien ministre soviétique et ministre russe délégué à l'énergie atomique (MinAtom), ^[1]

Projet Daedalus

Le Projet Daedalus était une étude conduite de 1973 à 1978 par la British Interplanetary Society pour la conception d'une sonde interstellaire automatique capable d'atteindre une étoile voisine dans l'espace de 50 ans. Une douzaine de scientifiques et d'ingénieurs dirigés par Alan Bond y participèrent. À l'époque, la recherche sur la fusion nucléaire était en plein essor et prometteuse, notamment sur la fusion par confinement inertiel (ICF), et permettait de l'envisager comme moyen de propulsion à moyen terme.

Daedalus devait être propulsé par la fusion de pastilles de mélange deutérium/hélium-3 bombardées par des faisceaux d'électrons dans une tuyère magnétique. Le véhicule composé de deux étages aurait atteint 12 % de la vitesse de la lumière après environ 4 ans de fonctionnement. Incapable de ralentir et de s'injecter dans le système de destination, sa mission n'aurait consisté qu'en un survol de ce système.

En 2006, de par ses dimensions et les technologies qu'il met en jeu, Daedalus se situe toujours loin du domaine de la faisabilité.

Medusa

Séquence de fonctionnement de Medusa
(1) éjection d'une charge
(2) explosion de la charge
(3) voile propulsée par l'interception du plasma et ralentie par le dévidage du câble
(4) treuillage du câble

Le concept de Medusa tient plus de la voile que de la fusée conventionnelle. Il fut proposé dans les années 1990 par Johndale C. Solem^[2] et publié dans le journal de la British Interplanetary Society^[3],[4] quand il s'avéra que la fusion ICF ne pourrait pas à la fois propulser et alimenter le vaisseau Daedalus comme il était prévu.

Structure d'un véhicule Medusa
(A) charge utile, carburant et machineries, (B) treuil servomoteur, (C) câble principal, (D) drisses de la voile, (E) voile

Un vaisseau Medusa dispose d'une grande voile déployée devant lui et gréée au vaisseau par câbles. Il largue des charges nucléaires, les fait exploser entre le vaisseau et la voile qui est alors poussée par la vague de plasma et tracte le vaisseau. Le concept est plus efficace que le système Orion car il intercepte proportionnellement plus de plasma (voile en spinnaker couvrant un plus grand angle solide), requiert moins de blindage (distance de détonation plus grande) et de machinerie pour l'absorption des chocs (servo-winch). Il pourrait atteindre une impulsion spécifique de 50 000 à 100 000 s.

Projet Longshot

Le projet Longshot était un programme de recherche de la NASA mené en collaboration avec l'Académie navale d'Annapolis entre la fin des années 1980 et début des années 1990. Le principe diffère peu de celui de Daedalus : le carburant est fusionné dans une chambre magnétique puis canalisé dans un tunnel magnétique (ce qui permet de récupérer par induction l'énergie électrique nécessaire au tir suivant). Comme la fusion ICF ne permet pas d'alimenter le vaisseau, il est pourvu d'un réacteur nucléaire conventionnel de 300 kW.

L'objectif est d'atteindre en 100 ans le système triple Alpha Centauri, plus proche voisin du Soleil (distant de 4,36 al), et de s'injecter en orbite autour de Alpha Centauri B. Le moteur fonctionnerait pendant la totalité du transit accélérant (puis décélerant) en permanence le véhicule.

VISTA

VISTA, pour Vehicle for Interplanetary Space Transport Applications, est une version à plus petite échelle de Daedalus étudiée par le Laboratoire national de Lawrence Livermore milieu des années 1990 et destinée aux missions interplanétaires habitées. La fusion du carburant D-T est obtenue par confinement inertiel par faisceaux lasers directs ou renvoyés par miroirs. La puissance et la poussée du moteur sont ajustées par la fréquence d'injection des pastilles et la dispersion d'hydrogène propulsif autour d'elles.

La configuration générale du vaisseau est en forme de cône, la cargaison étant placée sur la circonférence de la base, ainsi protégée des radiations par l'ensemble des structures et équipements disposés sur la surface de ce cône. Le véhicule est en rotation, procurant une gravité artificielle au niveau des habitacles.

Un tel vaisseau de 6000 t, de 100 m de hauteur et d'autant de rayon atteindrait une impulsion spécifique de 16 000 s et permettrait des allers-retours vers Mars en 60 jours avec 100 t de fret.

Catalyse antimatière

À la même époque, les recherches menées à la Pennsylvania State University amenèrent à envisager l'utilisation de faibles quantités d'antimatière pour catalyser la fission en chaîne d'une masse largement sous-critique de matière fissile. Il en résulta la conception de la famille de vaisseaux ICAN-II pour l'exploration de Mars ou des planètes extérieures.

Le système de propulsion éjecte dans sa tuyère magnétique des billes de carburant composées d'une gaine de plomb (masse propulsive et protection pour le stockage) entourant un noyau d'uranium contenant des bulles de mélange D-T. Au point d'ignition, des faisceaux lasers frappent la bille et une dose d'antiprotons est tirée dessus. L'annihilation provoque une avalanche de neutrons amorçant la fission en chaîne de l'uranium, l'énergie de fission allume la fusion et l'éjection du plasma résultant (essentiellement composé du plomb de la gaine) produit une poussée sur la tuyère magnétique.

MTF HOPE

En 2002, le groupe HOPE (Human Outer Planet Exploration) de la NASA fut chargé d'étudier les possibilités de voyages habités vers les planètes extérieures. Il proposa alors plusieurs solutions de propulsion dont une basée sur la fusion à cible magnétisée (magnetized target fusion, MTF). Dans une tuyère magnétique, une petite boule de plasma de mélange D-T est bombardée par des canons tirant des jets de plasma de deutérium suivi d'hydrogène. Le confinement inertiel provoque la fusion D-T qui elle-même allume la fusion D-D dans la zone encerclante, l'hydrogène en queue de jet chauffé par la fusion sert de fluide propulsif^[5]

Les missions de référence sélectionnées furent un séjour de 30 ou 180 jours sur Callisto. La conception typique du véhicule HOPE est un long mât avec le moteur à une extrémité et l'habitacle à l'autre, protégé par les réservoirs et équipements. Avec plus de 120 m de longueur, il peut procurer par rotation une gravité artificielle à l'équipage. La version MTF HOPE développe 5800 kN de poussée et une impulsion spécifique dépassant 70 000 s, ce qui lui permet de réaliser chacune des missions en ≈650 j avec une masse initiale de 650 ou 750 t.

Voir aussi

• Propulsion nucléaire (astronautique)
• Propulsion spatiale

Références

Liens externes

• (en) Panorama de ces techniques

Propulsion spatiale
Propulsion chimique	Moteur-fusée • Moteur-fusée à ergols liquides • Propulseur à propergol solide • Propulsion hybride • Statofusée • Moteur Aerospike • Moteur à ondes de détonation pulsées
Propulsion électrique	Moteur ionique • Moteur photonique • Moteur à plasma (VASIMR)  • Propulseur à force ponderomotrice • Arcjet • Résistojet • Propulseur à effet Hall • Propulseur magnétoplasmadynamique • Magnétohydrodynamique
Propulsion nucléaire	Propulsion nucléaire thermique • Propulsion radioisotopique  • Propulsion nucléaire pulsée • Propulsion par fragments de fission • Antimatière
Propulsion sans ergols	Voile solaire • Voile magnétique • Propulsion laser • Ascenseur spatial • Catapulte électromagnétique • Propulsion captive • Collecteur Bussard
Autre type de propulsion	Moteur d'Alcubierre • Propulsion à gaz froid
Voir aussi	Catégorie:Propulsion spatiale  • Moteur à réaction

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