Space Reactor‑1 Freedom
| Organisation |
 NASADépartement de l'Énergie |
|---|---|
| Domaine | Technologie, reconnaissance de Mars |
| Type de mission | Aérobot |
| Statut | En développement |
| Autres noms | SR-1 |
| Lancement | |
| Lanceur | ' |
| Site | www.nasa.gov/mission/space-reactor-1-freedom |
| Propulsion | Propulseur à effet Hall |
|---|---|
| Source d'énergie |
Réacteur nucléaire¹ Panneaux solaires² |
| Puissance électrique |
20 kW¹ 40 kW² |
Space Reactor‑1 Freedom ou SR-1 est une mission robotique de l'agence spatiale américaine, la NASA, qui doit la charge utile Skyfall amener trois aérobots, aux caractéristiques similaires à Ingenuity (mission Mars 2020), à la surface de la planète Mars. Il s'agit du premier engin interplanétaire propulsé par un réacteur nucléaire. Des propulseurs à effet Hall sont utilisés pour le transit vers Mars.
La mission est annoncée en lors de la refonte du programme Artemis. Celle-ci a entrainé le report à une date indéterminée de l'assemblage de la station spatiale lunaire Lunar Gateway. SR-1 permet d'une part de constituer une première utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace (les premiers développements sur le sujet remontent à 60 ans et elle doit être mise en œuvre dans la base lunaire) et d'autre part de réutiliser le coûteux (1 milliard US$) module PPE de la station spatiale lunaire devenu sans emploi. La sonde spatiale doit être lancée lors de l'ouverture de la fenêtre de lancement vers Mars qui aura lieu en .
Contexte : énergie nucléaire dans l'espace
[modifier | modifier le code]SR-1 est la première mission interplanétaire utilisant une propulsion reposant (pour tout ou partie) sur l'énergie nucléaire. Il existe de nombreuses modes d'utilisation de l'énergie nucléaire qui ont été étudiés pour une application spatiale. Mais seules quelques une de ces techniques ont été mises en œuvre :
- Le générateur thermoélectrique à radioisotope utilise la chaleur dégagée par la désintégration de matériaux radioactifs (généralement du plutonium) qui est transformée en électricité via des thermocouples avec un rendement très faible (3 à 7%). Ce mode de production d'énergie a été mis en œuvre par les sondes spatiales de la NASA envoyées vers les planètes externes (MHW-RTG, GPHS-RTG) ainsi que par les astromobiles martiens récents de la NASA (MMRTG) mais uniquement pour faire fonctionner des équipements (pas d'utilisation pour la propulsion).
- La propulsion nucléaire thermique (NTP) utilise l'énergie dégagée par un réacteur nucléaire à fission pour chauffer un fluide propulsif (généralement de l'hydrogène liquide) qui est éjecté par une tuyère (le fluide expulsé est donc radioactif...). Il s'agit d'une technique utilisée exclusivement pour la propulsion. Le NTP n'a jamais été mis en œuvre dans l'espace mais des moteurs ont été testés sur Terre. Le plus connu est le moteur américain NERVA qui produisait une poussée comprise entre 250 et 350 kilonewtons et qui a été testé entre 1964 et 1969. Les soviétiques ont de leur côté développé le moteur-fusée RD-0410 entre 1965 et les années 1980.
- L'énergie nucléaire électrique, qui est utilisée par la mission Space Reactor‑1 Freedom, utilise la chaleur dégagée par la réaction de fission nucléaire pour produire de l'électricité via (dans le cas de SR-1) un moteur fonctionnant selon le cycle de Brayton fermé (pas d'expulsion de fluide radioactif). L'énergie électrique produite peut être utilisée par une propulsion spatiale électrique (NEP) ou des équipements de l'engin spatial ou pour répondre aux besoins d'une base lunaire (programme Artemis). Cette technique a été utilisée par la série de radars de reconnaissance soviétiques RORSAT (générateur BES-5) lancés entre 1967 et 1988. Deux réacteurs soviétiques TOPAZ plus puissants ont été également testés dans l'espace à la fin des années 1980. Les États-Unis ont testé dans l'espace un réacteur fonctionnant selon le même principe en 1965 : le SNAP-10A qui produisait 500 watts électriques. Le projet de gigantesque sonde spatiale Promotheus à destination des planètes externes utilisait également cette forme d'énergie nucléaire. Pour ses projets de base lunaire et martienne, a testé au sol des prototypes plus ou moins avancés de réacteurs de ce type : Kilopower, FSP (Fission Surface Power). Le projet SR-1 s'appuie sur ces expérimentations récentes qui sont relativement avancées.
Historique
[modifier | modifier le code]Lancement du projet
[modifier | modifier le code]La mission Space Reactor‑1 Freedom est annoncée par le nouvel administrateur de la NASA Jared Isaacman en lors de la présentation de la refonte du programme Artemis avec une date de lancement planifiée en (prochaine fenêtre de lancement vers Mars)[1]. Il s'agit du premier engin interplanétaire propulsé par une centrale nucléaire. La mission est parrainée à la fois par la NASA et par le département de l'Énergie des États-Unis[2].
Cette annonce permet à la NASA de disposer d'une future mission à destination de Mars. Ce n'était plus le cas depuis l'annulation de la mission de retour d'échantillons Mars Sample Return (MSR) alors que la Chine prépare la mission Tianwen 3 qui doit être lancée en 2028 et doit ramener 800 grammes de sol de Mars. Par ailleurs SR-1 permet de compenser le report/annulation de la station spatiale lunaire Lunar Gateway conséquence de la refonte du programme Artemis en réutilisant le module PPE de cette station à la fois le plus coûteux et le plus avancé[3].
Le délai entre la date d'annonce de la mission et son lancement semble très court (moins de trois ans) sachant qu'il reste à mettre au point un réacteur nucléaire à fission opérationnel fonctionnant selon le cycle de Brayton. Aussi la probabilité que le planning prévu soit respecté est très faible[4].
Critiques et financement
[modifier | modifier le code]La communauté scientifique américaine spécialisée dans l'étude de Mars reçoit l'annonce surprise du projet avec froideur, car il ne répond pas aux priorités des derniers rapports décennaux sur les sciences planétaires. Les trois hélicoptères de la charge utile emportent des instruments scientifiques minimalistes et par conséquent incapables de répondre aux grandes questions soulevées par les missions précédentes du Mars Exploration Program (en) de la NASA, en particulier concernant l'exobiologie.
Le projet n'a pas de ligne budgétaire dédiée, car annoncé après le vote au Congrès du budget 2026 de la NASA, et l'agence n'a pas fourni d'estimation quant à son coût, qui devrait pourtant être très élevé pour tenir son calendrier extrêmement ambitieux. La communauté scientifique craint que la NASA ne puise dans l'enveloppe budgétaire consacrée à l'étude de missions martiennes futures, pourtant sensée maintenir MSR à flot, voire ne prélève dans le budget de missions opérationnelles, telles que Mars Odyssey[5].
Objectifs
[modifier | modifier le code]Les objectifs de la mission sont :
- Sur le plan technique tester pour la première fois le recours à un réacteur nucléaire utilisant la fission. Les données recueillies doivent contribuer à la mise au point du Lunar Reactor-1 (LR-1), un réacteur nucléaire conçu pour fournir de l'énergie à la base lunaire Artemis durant les périodes d'obscurité particulièrement longues sur la Lune[6],[7].
- Effectuer des missions de reconnaissance aérienne de la surface de Mars pour identifier les sites propices à des missions sur le terrain réalisées par des astromobiles ou des missions avec équipage et détecter la présence de glace d'eau souterraine[3].
Caractéristiques techniques
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Les composants principaux de la sonde spatiale sont le module PPE qui rassemble la propulsion électrique et des fonctions de support comme les télécommunications et la production d'énergie, un réacteur nucléaire électrique qui alimente également en énergie la propulsion, d'imposant radiateurs dissipant la chaleur excédentaire produite par le réacteur et la charge utile constituée par une capsule de rentrée atmosphérique contenant trois aérobots[1] :
Module PPE
[modifier | modifier le code]Le module PPE, réutilisé suite à l'abandon de la station spatiale Lunar Gateway, a une longue histoire. Sa conception initiale remonte à 2009. Il devait être utilisé pour remorquer un petit astéroïde (mission ARM). A la suite de l'annulation de cette mission, il est intégré en 2010 dans le mécano de la station spatiale lunaire. Sa fabrication est confiée à Maxar qui utilise sa plateforme Lanteris. Le coût final de conception et de fabrication est de 1 milliard US$. PPE prend en charge les fonctions de support comme les télécommunications et la production d'énergie réalisée par des panneaux solaires d'une puissance totale 50 kW. Le système propulsif comprend trois propulseurs à effet Hall AEPS (Advanced Electric Propulsion System) d'une puissance de 12 kW fabriqués par Aerojet Rocketdyne et trois moteurs électriques de 6 kW fabriqués par Maxar[4].
Propulsion nucléaire électrique
[modifier | modifier le code]La propulsion électrique est alimentée en énergie par un réacteur nucléaire à fission d'une puissance de 20 kW (une première pour la NASA). L'énergie thermique produite par ce réacteur est convertie en électricité par un système utilisant le cycle de Brayton fermé. Le combustible du réacteur est de l'uranium faiblement enrichi (HALEU) et du dioxyde d'uranium, encapsulé dans une enceinte anti-radiation en carbure de bore. Une grande partie de l'énergie thermique ne peut être utilisée et doit être dissipée à l'aide de radiateurs réalisés en matériau composite et en titane pour les alléger. Le réacteur est maintenu à grande distance du reste de la sonde spatiale via une structure légère constituée d'un treillis de poutrelles pour protéger l'électronique des radiations émises[1],[4].
Charge utile
[modifier | modifier le code]La charge utile, baptisée Skyfall (chute du ciel, allusion à la méthode de largage utilisée), est constituée de trois aérobots dont les caractéristiques sont similaires à celles d'Ingenuity. Ils sont enfermés dans une capsule qui les protège durant la première phase de la rentrée atmosphérique et qui comporte un parachute déployé à mi-descente après largage d'une partie du bouclier thermique. Avant que la capsule atteigne le sol les aérobots, qui ont déployé leurs rotors, sont largués et prennent leur envol ce qui évite un dispositif d'atterrissage complexe. Cette technique de déploiement provient d'un projet de mission développé par le centre (où a été conçu l'aérobot Ingenuity) qui devait emporter six aérobots. Ce projet a été intégré par la NASA peu avant l'annonce de la mission SR-1 pour justifier cette dernière et parce qu'il permettait de s'appuyer sur un concept de mission simple et relativement avancé raccourcissant le délai de développement[4].
Ces hélicoptères martiens emportent des caméras, un radar permettant de faire des sondages sous la surface pour détecter la glace et un émetteur-récepteur radio. Contrairement à Ingenuity qui dépendait d'un astromobile, ceux-ci communiqueront directement avec les orbiteurs martiens dont Mars Telecommunication Network qui doit être déployé à la même date[1],[4].
Déroulement de la mission
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La sonde spatiale est lancée lorsque la prochaine fenêtre de lancement vers la planète Mars s'ouvre c'est-à-dire vers . Le réacteur nucléaire et la propulsion ionique sont mis en marche 48 heures après le lancement pour permettre à la sonde spatiale d'effectuer le transit entre la Terre et Mars[7]. La capsule de la charge utile est larguée dans l'atmosphère martienne. Une fois la vitesse de la capsule suffisament réduite la partie inférieure de la capsule est larguée et un parachute est déployé pour continuer à réduire la vitesse. Alors que l'engin est toujours en l'air et à une certaine altitude (non connue en ), la structure à laquelle sont attachés les aérobots est descendue pour être dégagée de la partie supérieure de la capsule, les rotors des aérobots sont mis en mouvement puis ces derniers sont largués. Ils viennent se poser d'eux-mêmes sur le sol après repérage d'une surface adéquate[8]. Pendant ce temps le reste de la sonde spatiale poursuit sa trajectoire sur son orbite héliocentrique. On ne sait pas, à la date de l'annonce de la mission, si un objectif secondaire sera défini pour cette phase de vol[4].
Références
[modifier | modifier le code]- 1 2 3 4 (en-US) Ryan Caton et Chris Bergin, « NASA unveils Space Reactor-1 Freedom mission to Mars in 2028 », sur nasaspaceflight.co, .
- ↑ (en) « NASA Unveils Initiatives to Achieve America’s National Space Policy », sur NASA,
- 1 2 (en) Stephen Clark, « Here is NASA’s plan for nuking Gateway and sending it to Mars », sur Ars Technica,
- 1 2 3 4 5 6 (es) Daniel Marin, « Space Reactor 1 Freedom: la nave con un reactor nuclear que llevará los helicópteros Skyfall a Marte », sur Eureka,
- ↑ (en) Meghan Bartels, « Will NASA’s SkyFall Mars helicopter fleet sink science at the Red Planet? », sur Scientific American, (consulté le )
- ↑ (en) « America Underway in Space on Nuclear Power », sur NASA,
- 1 2 (en-US) « America Underway in Space on Nuclear », sur NASA (consulté le ).
- ↑ (en-US) NASA-Jet Propulsion Laboratory, « NASA’s SkyFall Mars Helicopters » [[vidéo]], sur NASA, .
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]Vidéo
[modifier | modifier le code]- (en-US) NASA-Jet Propulsion Laboratory, « Animation montrant le déroulement du déploiement des aérobots » [[vidéo]], sur NASA,
