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Des scientifiques chinois construisent un moteur à propulsion nucléaire pour un vaisseau spatial à destination de Mars

Un réacteur à fission rétractable d’une puissance de 1,5 mégawatt passe avec succès les premiers essais au sol, alors que la course mondiale à l’espace s’intensifie.
Le système refroidi au lithium est conçu pour passer d’un volume de la taille d’un conteneur à une structure aussi grande qu’un immeuble de 20 étages dans l’espace.

Une collaboration entre plus de dix instituts de recherche et universités chinoises a permis de réaliser des avancées significatives vers les voyages interplanétaires grâce à la mise au point d’une technologie de fission nucléaire qui pourrait permettre une exploration à grande échelle de la planète Mars.
Dans un article publié par la revue à comité de lecture Scientia Sinica Technologica de l’Académie chinoise des sciences, l’équipe de recherche indique que son prototype de réacteur nucléaire refroidi au lithium a passé avec succès les premiers essais au sol.
Les résultats ont confirmé certaines des solutions technologiques clés inventées par les scientifiques et les ingénieurs chinois pour réduire un réacteur de classe mégawatt – sept fois plus puissant qu’un système concurrent construit par la Nasa – à une taille sans précédent.

Une fois déployé dans l’espace, le réacteur de 1,5 mégawatt – y compris son dissipateur thermique – pourrait atteindre la hauteur d’un immeuble de 20 étages. Mais au sol, il se repliera aisément dans un volume de la taille d’un conteneur, pesant moins de huit tonnes, selon le document.

Cette conception rend le système de réacteur « facile à charger et à lancer par fusée », écrivent les chercheurs, dirigés par Wu Yican de l’académie. Il sera également capable de maintenir des opérations stables dans les environnements hostiles de l’espace pendant de longues périodes, ont-ils ajouté.

Selon l’article, cette puissante source d’énergie rendra possible le transport aller-retour de masses importantes, tant pour les vols habités que pour les vols de marchandise, ouvrant ainsi la voie à l’exploration à grande échelle de la Lune et de Mars par la Chine.

Certains scientifiques estiment qu’un vaisseau spatial à propulsion nucléaire pourrait effectuer un aller-retour entre la Terre et Mars en seulement trois mois. Le consensus scientifique actuel est que cette technologie sera vitale pour les missions interplanétaires.

En revanche, les vaisseaux spatiaux alimentés par des combustibles fossiles – comme le vaisseau Starship en cours de développement par la société américaine SpaceX – pourraient mettre au moins sept mois pour atteindre Mars, selon certains calculs.

La fusée Starship est au cœur des projets de la Nasa qui prévoit de faire atterrir des astronautes sur la lune dans le courant de la décennie, ainsi que des espoirs du PDG de SpaceX, Elon Musk, de coloniser Mars, mais même un voyage aller simple vers la planète rouge nécessiterait un énorme système de maintien des fonctions vitales.

« Innover ou périr. Pas d’excuses », peut-on lire sur le slogan accroché au-dessus du prototype de réacteur chinois, signe de la détermination de la Chine à prendre la tête de la course aux voyages spatiaux à propulsion nucléaire qui est actuellement en cours.

Le programme Artemis de la NASA prévoit d’envoyer un réacteur nucléaire sur la Lune et d’utiliser une technologie similaire pour construire une flotte de vaisseaux spatiaux destinés à coloniser Mars. L’Union européenne a lancé trois projets ambitieux visant à développer des technologies spatiales liées au nucléaire.

La Russie a relancé son projet de vaisseau spatial à propulsion nucléaire datant de la guerre froide. Le mois dernier, le gouvernement américain s’est inquiété des tentatives de la Russie de lancer en orbite terrestre basse une plate-forme d’armement à propulsion nucléaire.

L’Union soviétique et les États-Unis ont tous deux envoyé des réacteurs de faible puissance dans l’espace pendant la guerre froide. Les réacteurs américains étaient capables d’atteindre une puissance maximale de l’ordre de la centaine de watts, tandis que les dispositifs de l’Union soviétique atteignaient une puissance de l’ordre du kilowatt.

Les travaux de conception du réacteur nucléaire de 20 kilowatts de la Nasa, construit par Lockheed Martin, Westinghouse et la start-up privée IX, devraient être achevés d’ici 2025. L’agence spatiale américaine espère envoyer ce dispositif sur la Lune au début des années 2030.

La Chine et son partenaire d’exploration lunaire, la Russie, discutent de la possibilité de construire une centrale nucléaire sur la Lune, a déclaré l’agence spatiale russe Roscosmos au début du mois.

Si les projets se déroulent sans encombre, un réacteur nucléaire Chine-Russie pourrait être lancé entre 2033 et 2035, selon Roscosmos.

Le rover lunaire chinois Yutu-2, alimenté par une batterie nucléaire russe à isotopes radioactifs, fonctionne sur la face cachée de la Lune depuis plus de quatre ans, ce qui en fait l’engin de fabrication humaine le plus durable sur la surface lunaire.

Wu et son équipe ont déclaré que la Russie réalisait les progrès les plus rapides en matière de recherche et de développement dans certaines des technologies clés du domaine, notamment le combustible nucléaire spatial.

Selon les chercheurs, le réacteur chinois produira jusqu’à 1 276 degrés Celsius (2 328,8 Fahrenheit) par la fission du combustible d’uranium, ce qui dépasse de loin la température de fonctionnement de la plupart des centrales nucléaires commerciales.

La chaleur intense dilatera les formes liquides des éléments inertes que sont l’hélium et le xénon pour les transformer en gaz, ce qui alimentera un générateur. La réaction en chaîne produit des neutrons rapides qui permettront une alimentation électrique efficace et continue pendant au moins 10 ans, selon l’article.

Les scientifiques ont indiqué qu’en utilisant du lithium liquide, ils peuvent rendre le réacteur plus petit, grâce à la conductivité thermique élevée de l’élément et à son faible poids.

Traditionnellement, un échangeur de chaleur et un bouclier contre les radiations occupent une place importante dans la conception des réacteurs, mais Wu et ses collègues ont déclaré avoir mis au point une technologie qui combine ces deux composants en un seul.

Selon l’article, l’échangeur de chaleur du réacteur est constitué d’un alliage de tungstène, qui permet un échange thermique efficace dans la boucle tout en bloquant les rayonnements nocifs. D’autres nouvelles technologies incluent des matériaux résistants à la corrosion à hautes températures.

À ce stade, la source de chaleur du prototype est une alimentation électrique externe, et il est prévu d’ajouter des barres de combustible nucléaire pour obtenir un fonctionnement complet au cours des prochaines étapes du programme d’essai, ont indiqué les chercheurs.

« Actuellement, des essais de fonctionnement du système intégré ont été effectués, y compris la circulation de la boucle refroidie au lithium, le couplage de l’échange de chaleur entre les boucles primaire et secondaire, et [un] système fermé de production d’énergie de Brayton », ont-ils déclaré.

Les essais ont fourni une démonstration préliminaire de la faisabilité du couplage d’un système de refroidissement à base de lithium avec un générateur Brayton – développé au 19e siècle comme un moteur à piston et largement utilisé dans les vols spatiaux motorisés.

« Des essais de corrosion de matériaux en alliage de molybdène ont également été menés dans des environnements à haute température », ont indiqué les chercheurs.

M. Wu et son équipe ont déclaré que la demande chinoise en énergie de fission nucléaire est susceptible d’augmenter de manière significative vers 2035 et qu’il reste encore beaucoup à faire, notamment en ce qui concerne la vérification pratique en vol des technologies et du matériel à bord de la station spatiale Tiangong et d’autres engins spatiaux.

L’un des principaux axes de recherche et de développement pour les scientifiques sera la sécurité des réacteurs nucléaires pendant le lancement et les opérations, avec l’exigence impérative qu’il n’y ait aucun risque d’explosion nucléaire, même si un réacteur retombe sur Terre.

L’équipe du projet prévoit également d’appliquer l’intelligence artificielle au fonctionnement à long terme des réacteurs spatiaux sans équipage, en utilisant la technologie pour diagnostiquer et traiter automatiquement les éventuelles défaillances.

Les instituts et les universités impliqués dans cet ambitieux projet prévoient de renforcer encore leur coordination et leur coopération dans les années à venir. Selon les chercheurs, la chaîne industrielle la plus vaste et la plus complète de Chine contribuera également à la réalisation du projet.

Les réacteurs nucléaires pourraient également contribuer aux autres activités spatiales de la Chine, notamment à son projet de mission en équipage sur la Lune et à son ambition de jouer un rôle de premier plan dans l’exploration interplanétaire.

« Notre pays est entré dans une nouvelle ère », ont déclaré M. Wu et son équipe. « Nous prévoyons de nous lancer dans des missions d’exploration de l’espace lointain, telles que l’exploration lunaire habitée, l’exploration d’astéroïdes, le survol de Jupiter et l’exploration des confins du système solaire. [Les réacteurs spatiaux joueront un rôle crucial dans ces missions.

Bien qu’il existe encore un fossé entre la Chine, les États-Unis et la Russie en matière de recherche et de développement de réacteurs spatiaux, les chercheurs ont déclaré qu’ils pensaient être en mesure de démontrer les applications de la technologie plus tôt que leurs rivaux, grâce à leur approche coordonnée.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.scmp.com/

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