[NASA]Nouvelles études pour de la propulsion spatiale nucléaire

[montmein69_2]

C'est un projet pas vraiment nouveau de mettre au point de nouvelles techniques de propulsion pour des fusées ou des stations spatiales habitées (Deep Space Spaceship), afin d'envisager des voyages vers d'autres planètes (ou lunes, astéroïdes,....) de durée notablement réduite comparée à de la propulsion avec des ergols liquides classiques?

Le principe :

Citation

 

Le moteur-fusée étudié par les deux agences [NASA et DARPA] est basé sur le principe de la technologie NTP (Nuclear Thermal Propulsion), soit "moteurs nucléaires thermiques". Un petit réacteur à fission est utilisé pour chauffer à haute température un ergol, ce qui génère une forte poussée par éjection de gaz à travers une tuyère.

 

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/mars-nasa-prepare-fusee-propulsion-nucleaire-aller-mars-seulement-45-jours-103043/

https://www.techno-science.net/actualite/essais-2027-moteur-nucleaire-missions-habitees-interplanetaires-N22793.html

 

La propulsion utilisant l'énergie fournie par un réacteur nucléaire à fission est donc à nouveau étudiée ..... cela débouchera-t-il sur du concret .?

Modifié 1 février 2023 par montmein69_2

[montmein69_2]

Les projets de tels vaisseaux ont déjà été nombreux*. Souvent envisagés avec une distance assez grande entre la partie "motorisation" et la partie "habitation"

* par la NASA ou Roscosmos mais aussi par les auteurs de SF qui laissaient libre cours à leur imagination.

 

source ;https://mashable.com/article/nasa-nuclear-thermal-rocket-test

[PEV77]

Il y a 4 heures, montmein69_2 a dit :

La propulsion utilisant l'énergie fournie par un réacteur nucléaire à fission est donc à nouveau étudiée ..... cela débouchera-t-il sur du concret .?

2027 annoncé pour un démonstrateur...?...j'avais toujours crû ce type de projet abandonné à cause des radiations retombantes mais il semble que de nouvelles sécurités soient prises...réduire le temps de traversée vers Mars est essentielle : il faudra aussi de toute façon emmener un module de freinage et de redécollage de Mars qui ne sera pas un petit engin . Cela laisse du temps pour 2035-2040.

[Benoît]

il y a une heure, PEV77 a dit :

.j'avais toujours crû ce type de projet abandonné à cause des radiations retombantes

Tu sembles oublier ce que le professeur Tournesol nous avait enseigné. On fait le lancement avec un moteur classique à propulsion chimique, puis une fois dans l'espace on peut faire fonctionner le propulseur nucléaire.  

[Daniel Rosier]

 

 

 

[Alhajoth]

Il y a 10 heures, montmein69_2 a dit :

C'est un projet pas vraiment nouveau de mettre au point de nouvelles techniques de propulsion pour des fusées ou des stations spatiales habitées (Deep Space Spaceship), afin d'envisager des voyages vers d'autres planètes (ou lunes, astéroïdes,....)

 

Il faudrait également envisager de moins polluer. Parce que les ergols et les poudres (perchlorates d'ammonium), bonjour...

Modifié 1 février 2023 par Alhajoth

[VNA]

Bonjour,

 

https://www.nasa.gov/feature/after-60-years-nuclear-power-for-spaceflight-is-still-tried-and-true

 

 

 

 

https://www.sciencealert.com/new-nasa-nuclear-rocket-plan-aims-to-get-to-mars-in-just-45-days

[montmein69_2]

Il y a 14 heures, Alhajoth a dit :

 

Il faudrait également envisager de moins polluer. Parce que les ergols et les poudres (perchlorates d'ammonium), bonjour...

 

La pollution principale concerne la phase du décollage et du parcours dans l'atmosphère dense (jusqu'à environ 50 km d'altitude) C'est là qu'il faut la propulsion la plus puissante. Donc moteurs principaux à la poussée maximum, et souvent propulseurs d'appoint. Le largage de ces derniers occasionne des débris retombant (en mer ou au sol) et des reliquats d'ergols (vidange ou restant dans le réservoir)., C'est aussi parfois le cas pour des premiers étages souvent largués en mer ou sur le sol (lancements de Baïkonour, ou de certains pas de tirs chinois par exemple).

 

Ces types de propulsion commencent déjà à être moins utilisées dans les plus récentes versions de lanceurs entrées en service ou en phase développement. Certains auront un premier étage récupérable et réutilisable.  Cela dit pour le moment, certains modèles "anciens" continuent à être exploités, et il faudra attendre que la nouvelle génération prenne la relève.

 

Sont en progression : 

 

° la motorisation métha-LOX  (méthane - oxygène cryogénique), notamment pour son utilisation avec récupération/réutilisation d'un étage (moins de suie - gestion plus fine du throttle (modulation de la poussée pour atterrissage). On trouvera çà dans la motorisation du Falcon 9,  du Starship de Space X, celle du New Glenn de Blue Origin, celle du Vulcan d'ULA, probablement le CZ 9 chinois en développement, plusieurs petits lanceurs du New Space dans divers pays. Sans oublier le lanceur expérimental Themis, qui pourrait succéder à Ariane 6

 

° la motorisation LH2-LOX plutôt utilisée -maximum d'efficacité -  au-delà de l'atmosphère dense. Mais le core central (1er étage) de plusieurs lanceurs peut avoir cette propulsion  : Ariane 5 et Ariane 6 l'utilise (moteurs Vulcain et Vulcain 2). Le lanceur japonais LH3 entrant en service très prochainement aussi (2 ou 3 moteurs L9). Pour la chine le nouveau lanceur CZ 5. Cela dit il est souvent nécessaire d'obtenir un supplément de poussée important au décollage, et certains lanceurs sont dotés de propulseurs d'appoint "à propergol solide" (mélange  de perchlorate d'ammonium/ poudre d'aluminium dans un "caoutchouc" , encore souvent appelé "poudre") de tels propulseurs peuvent fournir jusqu'à 90 % de la poussée au décollage. D'autres ont des propulsuers d'appoint en kerolox.

Bref les contraintes techniques et les performances demandées au lanceur ne sont pas toujours obtenues en espérant ne relâcher que de la vapeur d'eau.

 

° Cela dit il reste aussi des premiers étages utilisant une propulsion kerolox (kéroséne / LOX) : la plupart des lanceurs russes [qui terminent d'utiliser les derniers Proton reliquat de la propulsion diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et de peroxyde d'azote] sont en kerolox : différentes versions de Soyouz , d'Angara, et les chinois qui ont aussi quasiment abandonné l'ancienne propulsion UDMH/N2O2 pour utiliser le kerolox pour  des propulseurs d'appoint  :  CZ 5,

Le SLS américain qui a fait sa première mission Artemis 1 en fin d'année 2022 est le plus puissant lanceur en activité, il combine le kerolox pour son corps central et deux gros boosters "à poudre".

 

Pour en revenir à la propulsion NTP du sujet, il faudra concevoir un lanceur fiable pour atteindre l'orbite en y placer l'étage contenant la propulsion nucléaire*. A chacun de proposer un tel lanceur avec la propulsion capable de le faire et de respecter au mieux la bio-diversité ..... rien de simple.

* il faudra probablement d'autres lancements pour les autres "parties" d'un vaisseau spatial, qui seront assemblés en orbite terrestre avec la partie "moteur NTP", cela avant de prendre la trajectoire d'injection vers Mars. Et ne pas oublier comme signalé par PEV77 d'emporter un atterrisseur martien (Human Landing System)

Modifié 2 février 2023 par montmein69_2

[PEV77]

Il y a 19 heures, Benoît a dit :

Tu sembles oublier ce que le professeur Tournesol nous avait enseigné. On fait le lancement avec un moteur classique à propulsion chimique, puis une fois dans l'espace on peut faire fonctionner le propulseur nucléaire.  

 

il y a 48 minutes, montmein69_2 a dit :

oublier comme signalé par PEV77 d'emporter un atterrisseur martien (Human Landing System)

c'est ça le point trés important, ce module martien c'est beaucoup plus gros qu'un module lunaire (au moins dix fois plus et en plus il y a le module de vie et de controle) et je me demande comment à partir d'éléments chimiques pour 1° atteindre une altitude qui nous mettent hors d'atteinte de déchets nucléaires . C'est forcément une énorme fusée....ou alors les modules d'amarssisage et de contrôle sont fabriqués indépendamment ,peut-être assemblés sur la lune une fois la base lunaire faite ou en orbite (difficile)... un beau point d'interrogation. Ou alors la "foire à la saucisse" on se fout des déchets et on décolle direct du sol, ce qui était déjà déraisonnable en 1972.

[charpy]

Le 01/02/2023 à 12:26, montmein69_2 a dit :

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/mars-nasa-prepare-fusee-propulsion-nucleaire-aller-mars-seulement-45-jours-103043/

 

ça me fait marrer ce genre d'article plein de sigles et de jargon.

Citation

Retenu dans la phase I du programme Niac de la Nasa, le concept « Bimodal NTP/NEP with a Wave Rotor Topping Cycle » proposé par le professeur Ryan Goose, responsable du programme Hypersonics à l'Université de Floride, suggère l'ajout d'un compresseur à ondes de pression. Associé à moteur NTP, le compresseur utilise la pression générée par le chauffage du LH2 pour le comprimer encore plus, et ainsi augmenter davantage la poussée. Avec un moteur NEP, la poussée est aussi améliorée. Selon Goose, ajouter ce compresseur à un système bimodal alliant NTP et NEP permet de réduire le temps de voyage vers Mars à 45 jours.

 

soit le gars qui a pondu l'article est de la partie et ne sait pas se mettre à la portée du lecteur moyen tellement tout lui semble trivial, soit le journaliste n'a rien pipé mais n'a pas osé poser des questions non plus et il recrache texto ce qu'il a entendu (coup du LH2) et surtout les chiffres clés : mars en 45j

 

Pour quelle charge utile? quelle poussée? quelle impulsion spécifique? quelle masse de départ? freinage compris? véhicule de retour compris?.... tant de questions qui restent dans un grand flou artistique c'est plus  que douteux.... ça sent le chiffre choc balancé pour faire le buzz (et ça marche).

[montmein69_2]

il y a 56 minutes, charpy a dit :

 

ça me fait marrer ce genre d'article plein de sigles et de jargon.

Retenu dans la phase I du programme Niac de la Nasa, le concept « Bimodal NTP/NEP with a Wave Rotor Topping Cycle » proposé par le professeur Ryan Goose, responsable du programme Hypersonics à l'Université de Floride, suggère l'ajout d'un compresseur à ondes de pression. Associé à moteur NTP, le compresseur utilise la pression générée par le chauffage du LH2 pour le comprimer encore plus, et ainsi augmenter davantage la poussée. Avec un moteur NEP, la poussée est aussi améliorée. Selon Goose, ajouter ce compresseur à un système bimodal alliant NTP et NEP permet de réduire le temps de voyage vers Mars à 45 jours.

 

soit le gars qui a pondu l'article est de la partie et ne sait pas se mettre à la portée du lecteur moyen tellement tout lui semble trivial, soit le journaliste n'a rien pipé mais n'a pas osé poser des questions non plus et il recrache texto ce qu'il a entendu (coup du LH2) et surtout les chiffres clés : mars en 45j

 

 

Hum ..... tu fais un constat "à charge" un peu biaisé (avec un soupçon de mauvaise foi)  concernant le sigle LH2

En effet quelques lignes avant on lit :

Citation

Le NTP repose sur un propulseur classique avec comme ergol de l'Hydrogène liquide (LH₂), qui serait chauffé par un réacteur nucléaire embarqué. Ce puissant chauffage fait passer l'hydrogène à l'état gazeux, ce qui augmente drastiquement la pression qui est canalisée avec une tuyère. La poussée générée est très efficace. Le concept a été étudié par la Nasa et l'US Air Force dès les années 1950, et par l'URSS entre 1965 et 1980.

C'est une présentation simplifiée du principe de la motorisation NTP, et le sigle LH2 est expliqué.

Mais peut-être as-tu pratiqué de la lecture rapide ?

 

La suite de l'article entre dans des détails techniques plus pointus, et comme dans tout domaine scientifique spécialisé, il y a un "jargon". On peut sauter le passage, si çà prend la tête. Sans oublier l'usage du dictionnaire (sur papier ou sur le web) si parfois on cale sur du vocabulaire .

 

Citation

Pour quelle charge utile? quelle poussée? quelle impulsion spécifique? quelle masse de départ? freinage compris? véhicule de retour compris?.... tant de questions qui restent dans un grand flou artistique c'est plus  que douteux.... ça sent le chiffre choc balancé pour faire le buzz (et ça marche).

 

On en est à la phase de commencer à développer un moteur..... c'est peut-être un peu tôt pour finaliser le design complet du "vaisseau spatial" et ses performances .

Lorsqu'il y aura un prototype construit pour tester la partie moteur dans l'espace, on aura sans doute des premiers chiffrages comme tu le souhaiterais.

Quand au design du vaisseau complet c'est encore une étape supplémentaire ultérieure.

Pour le profil du voyage .... je ne sais pas. Ce qui parait nécessaire c'est un assemblage en orbite terrestre (probablement haute) de plusieurs modules (de vie, de stockage, celui de l'atterrisseur) avec le module moteur qui ne sera activé que pour la trajectoire d'injection vers Mars.

Il y aura probablement en fin de voyage, une mise en orbite autour de Mars (donc freinage possible par l'atmosphère même si elle est ténue, avec peut-être - probablement ? -  l'aide une rétro-propulsion.

Mais je suppute qu'on coupera la propulsion nucléaire avant la mise en orbite, pour éviter de polluer Mars et que cette rétro-propulsion pourrait-être plus classique, comme c'est le rôle des moteurs de correction d'orbite.*

* on peut s'inspirer (du moins dans le principe) de ce qui est utilisé dans le module ESM de la capsule Orion qui a tourné autour de la Lune lors de la mission Artemis I récemment (avec une gamme de puissance adaptée pour un gros vaisseau martien et sans doute des ergols moins polluants si ils peuvent supporter un voyage long dans les conditions du vide spatial). Là encore les contraintes techniques peuvent limiter le choix et ne pas s'accorder facilement avec la préoccupation écologique . Mais on fera peut-être des progrès dans ce domaine.

https://developpement-orion.over-blog.com/2018/10/les-moteurs-de-l-esm.html

[charpy]

Oui LH2 c'est assez courant en conquête spatiale mais pour un béotien ca rajoute  encore un terme inutilement compliqué dans la phrase.

 

Bref je trouve ça trés racoleur pour pas grand chose. Qu'ils disent espérer voyager jusqu'a 100 fois plus vite avec ce genre de moteur serait deja plus raisonable. Et je ne pense pas qu'il y ai pollution lors de la propultion car d'apres ce que j'ai compris seul l'hydrogene serait éjecté et le coeur nucleaire ne servirait qu'accelerer le'plasma (pas compris le coup du rotor a ondes)  le chauffer a tres haute température pour le faire monter en pression et l'inoiser sans pour autant libérer de produit de fission.

Par contre faudrai pas cramer ce truc en rentrant dans l'atmosphere marsienne...

[montmein69_2]

Pour ma part, à ce stade je m'en tiens à la mise au point d'un tel moteur ..... pour le reste il faudra de toute façon être bien patient 😜

 

D'autant que l'on peut lire, pour ce seul moteur .... que certains s'y sont cassés les dents :

Citation

Le concept a été étudié par la Nasa et l'US Air Force dès les années 1950, et par l'URSS entre 1965 et 1980.

 

Mais après tout, on a du faire des progrès .... et découvrir de nouveaux matériaux. Donc conservons un brin d'optimisme.

 

Et on espèrerait ensuite une première série de tests effectués en le mettant en route dans l'espace à bord d'un vaisseau de taille encore modeste , ce qui ne manquerait pas déjà de susciter une levée de bouclier. (au moment du lancement, et si "l'allumage" du réacteur se fait trop près de la Terre  😱 ). Alors pourquoi pas envisager de se placer sur l'orbite NRHO lunaire qui doit être utilisée pour les missions Artemis. Cela permettrait d'observer "de loin" donc pas trop près de la Terre , mais dans une zone assez facilement accessible ?

 

Si toutes ces étapes étaient concluantes .... on pourrait se pencher sur un prototype de "vaisseau spatial fonctionnel pour aller et revenir de Mars" l'utilisant.

Modifié 3 février 2023 par montmein69_2

[Fred_76]

Un tel moteur n’a aucun sens pour quitter la Terre. Par contre il en a un pour propulser dans l’espace.

 

Mais le problème c’est de transporter la partie radio active de la surface de la Terre jusqu’à la périphérie de la Terre, avec le risque d’accident (fréquent) au décollage. Aucune fusée n’est 100% fiable…

[Mr_Kultpepper]

et puis une propulsion de la sorte doit se tester sur terre, et je vois mal qui que se soit prendre le risque de faire voler en éclat un réacteur contenant un isotope radioactif, même dans une chambre sous vide.

Je sais que les moteurs plasmique sont développé dans des enceinte climatique sous vide. 

Mais là pour un moteur de cette "taille" j'imagine bien le bordel ..

[Alhajoth]

il y a une heure, Fred_76 a dit :

Mais le problème c’est de transporter la partie radio active de la surface de la Terre jusqu’à la périphérie de la Terre, avec le risque d’accident (fréquent) au décollage. Aucune fusée n’est 100% fiable…

 

C'est bien pour ça qu'il a été exclu depuis des dizaines d'années d'envoyer des déchets nucléaires dans l'espace, ce qui serait bien pratique.

[montmein69_2]

Effectivement pour l'instant la seule "dérogation" pour le spatial, concerne des éléments "chauffants" utilisant la désintégration radio-active (Pu 238 pour les USA) afin de

▶️générer de l'électricité :

RTG (Radioisotope thermoelectric generator plutonium pellet) pour alimenter les éléments "vitaux" d'une sonde devant fonctionner (disons au-delà de Mars/Jupiter) la distance au soleil rendant les panneaux solaires moins efficaces (même si on  essaye de d'augmenter leurs dimensions et de trouver des cellules photovoltaïques plus performantes. On est forcément limités suivant la puissance électrique dont on a besoin à bord, et l'éloignement du Soleil.

 

 

La chaleur produite est convertie en tension électrique avec des thermocouples

A noter que les deux rovers martiens US (Curiosity et Perseverance) sont équipés avec un RTG (nécessité d'une alimentation suffisante pour les déplacements faire fonctionner les appareillage)

 

▶️ éviter ,que dans le vide spatial l'électronique parfois éloignée de la partie centrale des sondes (sur des antennes, divers appareils scientifiques devant être installés sur des "mats" par exemple) soit impactée par la température très basse,  au point de ne plus fonctionner voire être totalement détruite. 😱

Là c'est toujours le matériau radioactif qui est dispersés dans un "pellet" en céramique et il va transmettre la chaleur directement au contact des boitiers (simplement pour maintenir la température)

 

Pour en revenir à ce nouveau "réacteur de propulsion" NTP :

 

Il faut avoir des chiffres pour savoir quelle quantité de matériau radioactif et sous quelle forme/conditionnement il faut l'envoyer dans l'espace.

Pour ceux cités plus haut (et aussi Cassini qui était équipé de trois RTG pour son long périple) la sécurité était assurée. Le nombre d'échecs au lancement a - de façon générale* - depuis le début des années 2000 été réduit et n'a pas concerné des missions portant des RTG

* c'est surtout pour des lanceurs nouveaux effectuant les vols de qualification (généralement les trois premiers) qu'il y a eu des échecs

Modifié 11 février 2023 par montmein69_2

[charpy]

Oui le plutonium est drolement plus toxique et radiotoxique que l'uranium, 11kg sur new horizon ca commence a faire!

Et la pluspart des missions lunaires enbarquaient des éléments chauffants a radio-isotope. Bref c'est pas completement un tabou de les faire voler.

 

Pour les déchets nucléaires on parle de quantité de matieres radioactives dans des proportions totalement démesurées par rapport aux RTG et aux futurs propulseurs nucleaires qui n'ont pas besoin a priori du puissance de reacteur civile qui est de l'ordre du GW.

 

Le gros défi ca va etre de modérer et refroidir un minimum ces réacteurs alors qu'ils sont dans le vide. A part rayonner l'energie en corps noir il n'y a pas trop de solution. Pas évident techiquement avec une puissance qui se chiffre en  MW, voire en GW!

[Albuquerque]

Lancer un réacteur à U235 jamais encore démarré, ne contenant aucun produit de fission, est de peu de risque même s'il retombe. 

 

Quand on aura construit une tour jusqu'à l'orbite géostationnaire, on pourra se débarrasser des colis de produits de fission sans risque.

Bon, il y en aura toujours pour dire : "et si le colis est intercepté dans dix mille ans par des ET ?"

[Denis Udrea]

Il y a 20 heures, Albuquerque a dit :

 

 

Quand on aura construit une tour jusqu'à l'orbite géostationnaire, on pourra se débarrasser des colis de produits de fission sans risque.

Bon, il y en aura toujours pour dire : "et si le colis est intercepté dans dix mille ans par des ET ?"

Bonjour,

Pas que les ET.

Même l'orbit géostationnaire finit par être instable au bout de quelques millénaires, donc on pourra reprendre nor ordures sur la gueule. Si nous sommes encore la bien sûr !

[Albuquerque]

Je ne sais pas comment un objet en orbite très haute peut nous retomber dessus, mais ce n'est pas de cela qu'il s'agit. La tour orbitale ne sert pas tant à placer des objets en orbite géostationnaire qu'à leur permettre de dériver éternellement au-delà moyennant une pichenette additionnelle. 

[PEV77]

Il y a 21 heures, Albuquerque a dit :

Lancer un réacteur à U235 jamais encore démarré, ne contenant aucun produit de fission, est de peu de risque même s'il retombe. 

Ah ? peut-etre celà ! les produits de fission seront montés ultérieurement ? Une fois l'engin envoyé dans l'espace ce qui permettrait les tests dans l'espace d'emblée

[Albuquerque]

C'est une astuce qui dépasse mon niveau.

Je n'ai eu que mon certif, et par piston.

Modifié 10 février 2023 par Albuquerque