À la conquête de l’espace

Depuis les années 1960, la NASA envoie des sondes et des fusées dans l'espace en s'appuyant sur la technologie nucléaire. Découvrez les différentes applications nucléaires à bord d'une mission spatiale.

L'énergie nucléaire, une solution fiable pour l'exploration spatiale

Un voyage dans l'espace n'est pas une mince affaire. Les combustibles chimiques habituels ne suffisent pas à alimenter un vaisseau spatial ou une source d'énergie à bord. Ils sont trop lourds et il faut en transporter trop pour une mission spatiale complète. Il n'existe donc que deux sources d'énergie fiables dans l'espace : les panneaux solaires et l'énergie nucléaire. Pour les voyages lointains, vers Mars par exemple, l'énergie solaire est hors de portée. C'est alors que la technologie nucléaire offre une solution fiable.

Un emplacement idéal a déjà été choisi pour la colonie lunaire : un cratère contenant des cristaux de glace, qui peuvent fournir de l'eau potable aux astronautes. L'inconvénient des cratères lunaires est que le soleil n'y brille jamais. Il y fait extrêmement froid (100 degrés Celsius au-dessous de zéro) et il y règne une obscurité totale. Les panneaux solaires, qui ont déjà largement prouvé leur utilité dans les voyages spatiaux, sont inutilisables à cet endroit pour produire de l'électricité et de la chaleur, c'est pourquoi la NASA envisage de recourir à l'énergie nucléaire.

La fiabilité de l'électricité est essentielle, car toute technologie et communication avec la Terre n'est possible que s'il existe une source permanente d'électricité capable de fonctionner en toute sécurité et de manière autonome dans les conditions météorologiques défavorables qui règnent sur la Lune.

Cette source d'énergie est nécessaire pour fournir de la chaleur et de l'électricité à la base spatiale, ainsi que pour l'approvisionnement en oxygène, le fonctionnement des équipements et des dispositifs de communication, et comme carburant pour la navette spatiale. L'énergie nucléaire semble être la source d'énergie la mieux adaptée à cette fin.

L'énergie nucléaire, technologie de propulsion dans un nouveau moteur-fusée

L'agence spatiale américaine NASA s'associe à la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) pour tester un nouveau moteur de fusée alimenté par l'énergie nucléaire. À terme, la NASA souhaite que le moteur de fusée à énergie nucléaire permette des voyages habités vers Mars. Dès 2027, la NASA veut tester cette technologie de propulsion avancée. Cela devrait permettre aux astronautes de se rendre dans des endroits éloignés de l'espace (espace profond) plus rapidement que jamais - une condition préalable essentielle à la préparation de missions habitées vers Mars.

En mission dans l'espace avec des générateurs radioactifs

Les émissions spatiales utilisent des générateurs radioactifs ou GTR: Générateurs thermoélectriques à radioisotope. Il s'agit de générateurs qui fonctionnent grâce à la chaleur dégagée par la désintégration de matériaux radioactifs. Ces matières sont constituées d'éléments radioactifs ou d'isotopes qui ne sont pas stables et qui émettent leur énergie excédentaire sous forme de rayonnement. L'électricité est générée à partir de la chaleur du rayonnement. Pour les missions spatiales, c'est le plutonium qui est le plus couramment utilisé, en tant qu'isotope radioactif.

Système énergétique éprouvé

La NASA utilise des systèmes énergétiques similaires depuis des décennies, notamment pour les missions Apollo sur la Lune, les missions Viking sur Mars et les engins spatiaux qui se sont envolés vers les planètes extérieures et vers Pluton, notamment les missions Pioneer, Voyager, Ulysses, Galileo, Cassini et New Horizons.

Les systèmes à radio-isotopes offrent des avantages uniques par rapport à d'autres sources d'énergie, en fournissant une source d'énergie stable dans les parties sombres du système solaire ou dans les endroits où il y a beaucoup de poussière. Les générateurs GRT ont fait leurs preuves en dépassant la durée de vie prévue pour une mission. Les précédents robots vers mars - Spirit, Opportunity et Curiosity - en sont un bon exemple. Spirit et Opportunity ont utilisé des unités de chauffage à radioisotope, avec des durées de vie respectives de 7 et 14 ans, bien plus longues que les 3 mois prévus pour la mission. Curiosity est alimenté par un GRT et est prévu pour durer encore plus de 10 ans. C'est beaucoup plus que la durée prévue de la mission. Les deux missions les plus longues dotées d'un système à radio-isotopes sont Voyager I et II, qui fonctionnent toujours plus de 45 ans plus tard.

La propulsion électrique de Perseverance, dernier vaisseau vers Mars, utilise également cette technologie nucléaire.

Marcher sur la lune, rêver de Mars

L'intérêt de la NASA pour l'énergie nucléaire s'inscrit dans le cadre des projets ambitieux de l'agence spatiale américaine. En 2024, la NASA prévoit d'envoyer à nouveau des hommes (dont la première femme astronaute) sur la Lune, afin d'y établir une colonie habitée en permanence. Les enseignements tirés de cette mission seront utiles pour réaliser l'autre grand rêve : une colonie habitée sur Mars. Grâce à l'énergie nucléaire, cela deviendra possible.

De plus, l'intérêt de la NASA pour la technologie nucléaire n'est pas nouveau. Depuis les années 1960, la NASA envoie des sondes et des robots dans l'espace en s'appuyant sur la technologie nucléaire. À l'époque, il s'agissait de plutonium 238. Ce qui est nouveau, c'est que la NASA utilisera désormais également la fission atomique (uranium 235). Il s'agit d'un noyau compact, de la taille d'une canette de soda et pesant 28 kilos, qui peut générer 10 kilowatts d'électricité. Pour construire une base permanente sur Mars, "seulement" quatre de ces mini-réacteurs sont nécessaires.

Rôle de premier plan pour le SCK CEN belge

En Belgique, les chercheurs et les ingénieurs du SCK CEN sont impatients de relever le défi. En collaboration avec d'autres instituts de recherche, des universités et des entrepreneurs belges, ce centre joue un rôle de premier plan dans la recherche visant à faire des rêves de l'homme dans l'espace une réalité.

Le SCK CEN apporte une contribution importante à plusieurs programmes de recherche dans le domaine de la radiobiologie. Par exemple, les effets du rayonnement dans l'espace sur les êtres vivants, tels que les astronautes, sont étudiés. Il est très important que ces rayonnements puissent être mesurés efficacement. De cette manière, les astronautes peuvent bénéficier d'une protection adéquate lors de missions spatiales de longue durée, telles que les missions vers la Lune et Mars. Un autre système indispensable pour les missions spatiales de longue durée est un "système de survie en boucle fermée", qui repose sur la régénération. Un tel système recycle l'air, l'eau et les déchets pour produire de l'eau potable et de la nourriture.

L'Histoire continue...

La recherche ne s'arrête pas là, l'histoire continue. Deux choses sont certaines : un jour, nous irons sur Mars (et au-delà), et la technologie nucléaire voyagera avec nous. Attachez votre ceinture !