La NASA dévoile de nouveaux projets d’exploration innovants : SR-1 Freedom et Skyfall

Lors de l’évènement « Ignition » le 24 mars, en complément des changements pour le programme lunaire Artemis, la NASA a présenté quelques projets innovants pour l’exploration spatiale.

SR-1 Freedom : la propulsion nucléaire pour l’exploration martienne

La NASA prévoit de lancer avant fin 2028 une mission interplanétaire unique, nommée SR-1 Freedom pour Space Reactor 1 Freedom.

SR-1 Freedom devrait devenir la première utilisation de la fusion nucléaire comme moyen de propulsion dans l’espace lointain.

Le nucléaire apporte de nombreux avantages dans le spatial : il fonctionne à l’ombre, dans la poussière, et loin du Soleil. Ce dernier avantage permet d’envisager des missions dans l’espace très lointain, l’énergie solaire chute à 4% à Jupiter, les sondes actuelles devant avoir d’immenses panneaux solaires, ce qui réduit leurs charges utiles. En outre, cette propulsion continue ouvre plus de fenêtres de lancement, et ne pas attendre l’alignement favorable des positions orbitales de la Terre et de la planète cible (tous les 26 mois avec Mars par exemple).

La maîtrise d’un engin nucléaire spatial s’inscrit également dans les ambitions de la NASA pour une base lunaire durable, l’énergie nucléaire pouvant fournir de l’électricité quelles que soient les conditions d’éclairement et de la puissance suffisante pour la fabrication de ressources in situ.

La NASA a envoyé à ce jour un seul réacteur nucléaire en orbite : SNAP-10A. Lancé en 1965 et conçu pour alimenter un satellite de recherche (Agena-D) avec plus de 500 watts d’électricité pendant un an, ce système innovant, d’une puissance thermique de 30 kW, utilisait de l’uranium-zirconium-hydride comme combustible et un alliage sodium-potassium pour le refroidissement. Bien que la mission ait dû être interrompue après seulement 43 jours en raison d’une panne d’un régulateur de tension (non lié au réacteur), SNAP-10A a validé la faisabilité des réacteurs nucléaires dans l’espace. Mais plus de 20 milliards de dollars ont été dépensés pour au final une seule mission et la NASA souhaite désormais avoir une technologie pérenne.

SR-1 Freedom aura au départ des performances moins ambitieuses avec seulement une puissance utile de 20 kWe pour une durée de vie opérationnelle d’environ 1 an. Ce qui permettra de faire voler une technologie qui existe et fonctionne à ce jour, afin de limiter les coûts. La NASA sera l’intégrateur principal pour maîtriser le calendrier.

Le réacteur d’une puissance d’environ 20 kWe utilisera comme carburant de l’uranium enrichi faiblement (entre 5 à 20% d’U-235) à haute performance (HALEU UO2 pour High-Assay Low-Enriched Uranium), un carburant mature. Le dioxyde d’uranium (UO2) utilisé est sous forme de pastilles céramiques classiques.

SR-1 réutilisera une plateforme (bus) presque construite : le module PPE (Power and Propulsion Element) prévu initialement pour la Lunar Gateway [projet « mis en pause » par la NASA].

Avec SR-1 Freedom, la NASA souhaite établir avec ses partenaires du Département de l’Énergie (DOE) et de l’industrie, un précédent réglementaire et avoir une main-d’œuvre qualifiée dans le nucléaire et du matériel éprouvé en vol pour toutes les futures missions nucléaires spatiales. Le DOE fournit les sous-systèmes de réacteur nucléaire et le carburant nucléaire.

SR-1 n’est que la première étape. Ainsi, la NASA prévoit pour 2030 le premier réacteur lunaire, Lunar Reactor-1 (LR-1), un système d’énergie de surface à fission conçu pour maintenir la base lunaire en activité pendant les périodes d’obscurité et dans les endroits où l’énergie solaire seule ne peut pas suffire. Ce projet sera soumis à appel d’offres pour les industriels. La NASA fournira les données de vol et au sol des performances de SR-1, et ses infrastructures de tests et d’intégration. La NASA ambitionne ensuite une phase d’industrialisation avec des évolutions jusqu’à 100 kWe voire jusqu’aux Mega Watts.

En faisant d’abord voler un réacteur, sans l’ajout de la complexité d’un atterrissage lunaire, SR-1 doit permettre de réduire les risques, de stimuler et de qualifier la chaîne d’approvisionnement.

Skyfall : de nouveaux hélicoptères martiens

Si tout va bien, au bout d’un an environ, SR-1 Freedom devrait atteindre Mars et déployer sa charge utile scientifique : des drones de type « Ingenuity » pour explorer davantage la planète rouge. C’est le projet Skyfall.

Skyfall est conçu pour déployer 6 hélicoptères de reconnaissance sur Mars, où ils exploreraient de nombreux sites sélectionnés par la NASA comme principaux sites d’atterrissage candidats pour les premiers astronautes américains sur Mars. Lors de l’exploration de la région, chaque hélicoptère doit fonctionner indépendamment, transmettant des données d’imagerie de surface à haute résolution et de radar souterrain à la Terre pour analyse, contribuant ainsi à garantir que les atterrisseurs avec équipage effectuent des atterrissages en toute sécurité dans des zones contenant un maximum de quantité d’eau, de glace et d’autres ressources. Cela pourrait compléter les études en cours sur l’habitabilité de Mars.

Ce serait la première fois que la NASA utiliserait la “manœuvre Skyfall”, une technique innovante d’entrée, de descente et d’atterrissage où les 6 giravions se déploient depuis leur capsule d’entrée lors de leur descente à travers l’atmosphère martienne. En faisant voler les hélicoptères jusqu’à la surface de Mars par leurs propres moyens, Skyfall éliminerait la nécessité d’une plate-forme d’atterrissage, traditionnellement l’un des éléments les plus coûteux, complexes et risqués de toute mission sur Mars.

Ce nouveau projet d’hélicoptère martien s’appuie sur le succès de l’hélicoptère martien Ingenuity et ses 72 vols historiques dans le cratère Jezero avec le rover Perseverance, surpassant les objectifs de vol de plus de 14 fois et les objectifs de longévité de plus de 32 fois.

Les premières étapes vers Skyfall sont en cours au Jet Propulsion Laboratory de la NASA avec les tests de rotor tournant plus vite que la vitesse du son martien [lire Rotors supersoniques sur Mars : vers une nouvelle génération d’hélicoptères d’exploration].

Source principale : NASA Ignition