Fin octobre, le consortium mandaté par l’ESA a soumis une feuille de route technologique pour la recherche et le développement d’un système de propulsion nucléaire électrique. Dirigé par Tractebel, filiale belge de l’énergéticien Engie, il rassemble le concepteur de lanceurs spatiaux ArianeGroup, l’avionneur Airbus Defence and Space, la société de conseil britannique Frazer Nash et le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).
Toujours sur le papier, le projet « RocketRoll » vise à sortir un premier démonstrateur sur banc d’essai au sol d’ici 2035. Concrètement, le système doit permettre de produire de l’électricité via un réacteur nucléaire afin d’alimenter des moteurs électriques ioniques. Le gaz est ensuite ionisé dans le moteur jusqu’à créer un plasma. Les ions ainsi formés sont accélérés et éjectés pour produire une poussée.
« Dans un premier temps, nous prévoyons de sortir un réacteur d’un mètre cube pour une puissance inférieure à un mégawatt »explique Brieuc Spindler, responsable du projet RocketRoll. À l’intérieur du cœur du réacteur, des crayons d’uranium enrichi sont contrôlés pour produire l’énergie nécessaire au voyage.
Divisez le temps de trajet par près de cinq
Dans le détail, l’engin serait placé à l’intérieur du carénage d’une fusée classique. Une fois au-dessus d’une altitude de 800 kilomètres, le vaisseau nucléaire serait déployé puis mis en service, avant d’accélérer pour atteindre une vitesse de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par heure. A titre de comparaison, le satellite américain Parker Solar Probe a atteint la vitesse record de 635 000 km/h en septembre 2023, après avoir profité de l’assistance gravitationnelle de Vénus.
« Nous espérons diviser par presque cinq le temps pour aller sur Mars »résume Brieuc Spindler. Le voyage de six mois pour faire atterrir le rover Perseverance deviendrait un lointain souvenir, avec des voyages d’une durée d’environ six semaines.
La vitesse offerte par le système réduirait également la contrainte liée à la gravité des planètes et satellites rencontrés sur sa trajectoire – avec un seuil de déclenchement, soit la vitesse minimale permettant d’échapper à l’attraction terrestre, fixé à 11 kilomètres par seconde. Un avantage majeur : les équipes martiennes pourraient ainsi disposer d’une fenêtre de tir légèrement plus large pour leur voyage retour par rapport à la propulsion traditionnelle.
« Tant que nous transportons des robots, le temps de trajet n’est pas un problème »observe Brieuc Spindler. Dans le cas de voyages habités, le système permettrait de réduire la durée d’exposition des astronautes aux radiations et à la microgravité ; cela pourrait également accélérer la fourniture de bases habitées sur Mars.
Autre avantage de la propulsion électrique nucléaire par rapport à sa cousine thermique : elle offrirait la possibilité de servir de mini centrale électrique nucléaire. L’électricité ainsi produite servirait à recharger les batteries d’un rover ou à alimenter une base.
De nombreuses inconnues technologiques
Il reste au système à surmonter plusieurs obstacles. L’acceptabilité du public d’abord : une fois le processus de réaction lancé, comment éviter les déchets radioactifs en cas d’explosion de l’appareil ? « On ne démarrerait le réacteur qu’à très haute altitude pour être sûr d’éviter des retombées radioactives en cas d’explosion de la fusée »explique Brieuc Spindler. Autre défi : l’ajout d’un blindage pour protéger l’équipage des neutrons et gammas pulsés par le réacteur pourrait alourdir l’engin, impactant ainsi le coût de lancement de la fusée chargée de placer l’engin dans l’espace.
Surtout, le système devra faire face à des températures très élevées : près de 900 degrés Celsius à l’entrée de la turbine. « Mais on ne peut pas installer une tour de refroidissement sur un navire ni utiliser l’air pour évacuer cette chaleur. Une solution serait de développer un système de refroidissement par rayons thermiques, mais il s’agit d’une technologie très complexe.résume Ruben Van Parys, co-manager du projet.
Parmi les solutions envisagées pour dissiper la chaleur dégagée par le combustible nucléaire, le consortium évoque le déploiement de panneaux radiateurs. «Mais nous ne pouvons pas non plus placer des panneaux couvrant des kilomètres carrés. De plus, on ne sait toujours pas comment ceux-ci seront déployés une fois l’engin lâché dans l’espace.explique Brieuc Spindler.
Les Etats-Unis aussi dans la course
Dernière inconnue : l’entretien de la machine. « Une fois le système détruit, il doit fonctionner pendant des années sans aucun entretien, sans revenir sur Terre. Cela signifie des systèmes redondants, des technologies extrêmement fiables, un système de contrôle automatique avec possibilité d’agir sur les réacteurs, sachant qu’il faut tenir compte de la lenteur du signal sur des distances importantes.énumère Brieuc Spindler. À plus court terme, la réunion ministérielle de l’ESA en 2025 déterminera si l’Europe allouera ou non davantage de budget au développement de cette technologie.
La NASA est également dans la course à la propulsion spatiale nucléaire. L’agence spatiale américaine et l’agence de recherche de l’armée américaine, Darpa, ont mandaté le spécialiste de la défense Lockheed Martin pour développer et construire un premier démonstrateur thermique d’ici 2027.