Dans les années à venir, la NASA prévoit d’envoyer plusieurs missions d’astrobiologie sur Vénus et Mars pour rechercher des preuves de vie extraterrestre. Celles-ci se dérouleront parallèlement aux missions avec équipage vers la Lune (pour la première fois depuis l’ère Apollo) et aux premières missions avec équipage vers Mars. Au-delà du système solaire interne, il existe des projets ambitieux pour envoyer des missions robotiques vers Europe, Titan et autres.Mondes océaniques» qui pourrait accueillir une vie exotique. Pour atteindre ces objectifs, la NASA investit dans de nouvelles technologies intéressantes grâce au Concepts avancés et innovants de la NASA (CANI).
La sélection de cette année comprend des avions à énergie solaire, des bioréacteurs, des voiles lumineuses, des technologies d’hibernation, des expériences d’astrobiologie et des technologies de propulsion nucléaire. Cela inclut un concept pour un Fusée à moteur nucléaire à isotopes à couche mince (TFINER), une proposition d’un membre du personnel technique supérieur James Bickford et ses collègues du Laboratoire Charles Stark Draper – un développeur technologique indépendant basé dans le Massachusetts. Cette proposition repose sur la désintégration d’isotopes radioactifs pour générer la propulsion et a été récemment sélectionnée par le NIAC pour Développement de la phase I.
Comme l’indique leur document de proposition, une propulsion avancée est essentielle à la réalisation de plusieurs concepts de mission de nouvelle génération. Celles-ci incluent l’envoi d’un télescope au point focal de la lentille gravitationnelle du Soleil et un rendez-vous avec un objet interstellaire qui passe. Ces concepts de mission nécessitent des vitesses rapides qui ne sont tout simplement pas possibles avec les fusées conventionnelles. Alors que les voiles lumineuses sont étudiées pour des missions de transport rapide dans le système solaire et à Proxima Centauri, elles ne peuvent pas effectuer les manœuvres de propulsion nécessaires dans l’espace lointain.
Un collage d’illustrations mettant en évidence les concepts novateurs proposés par les lauréats de la phase I du NIAC 2024. Crédit : (dans le sens des aiguilles d’une montre, en partant du coin supérieur droit) Benner/Zhang/McQuinn/Romero-Calvo/Hibberd-Kennedy/Carpenter/Bickford/Romero/Calvo/Cabauy/Landis/Rothschild/Ge-Cheng Zha/NASA
Les concepts nucléaires possibles avec la technologie actuelle incluent la propulsion nucléaire thermique et nucléaire électrique (NTP/NEP), qui ont la poussée nécessaire pour atteindre des emplacements dans l’espace lointain. Cependant, comme l’ont noté Bickford et son équipe, ils sont également volumineux, lourds et coûteux à fabriquer. “En revanche, nous proposons un moteur à isotopes nucléaires à couches minces doté de capacités suffisantes pour rechercher, rencontrer, puis restituer des échantillons d’objets interstellaires distants et se déplaçant rapidement.” ils écrivent. “La même technologie permet de rediriger un télescope à lentille gravitationnelle afin qu’une seule mission puisse observer de nombreuses cibles de grande valeur.”
Le concept de base est similaire à celui d’une voile solaire, sauf qu’il repose sur de fines feuilles d’un isotope radioactif qui utilise l’impulsion de ses produits de désintégration pour générer une poussée. Comme ils le décrivent, la conception de base incorpore des feuilles de Thorium-228 mesurant environ 10 micromètres (0,01 mm) d’épaisseur. Ce métal naturellement radioactif (généralement utilisé en radiothérapie) subit une désintégration alpha avec une demi-vie de 1,9 ans. La poussée est produite en recouvrant un côté d’une couche absorbante d’environ 50 micromètres (0,05 mm) d’épaisseur, forçant les particules alpha dans la direction opposée au déplacement.
Le vaisseau spatial nécessiterait 30 kg (66 lb) de Thorium-228 répartis sur une superficie de plus de 250 m2 (~ 2 700 pieds carrés), fournissant plus de 150 km/s (93 mi/s) de poussée. À titre de comparaison, la mission la plus rapide reposant sur une propulsion conventionnelle était la Sonde solaire Parker (PSP), qui a atteint une vitesse de 163 km/s (101 mi/s) lorsqu’il a atteint le point le plus proche de son orbite autour du Soleil (périhélie). Cependant, cela était dû à la manœuvre d’assistance gravitationnelle avec Vénus et à l’attraction gravitationnelle du Soleil.
Les avantages de ce système incluent la simplicité, car la conception est basée sur des principes physiques et des matériaux connus. Il offre également une évolutivité pour s’adapter à des charges utiles plus petites (comme des capteurs) ou à des missions plus importantes (comme des télescopes spatiaux). Un seul lanceur conventionnel pourrait insérer plusieurs de ces engins spatiaux dans une trajectoire de fuite solaire, nécessitant une vitesse de fuite de 42,1 km/s (26 mi/s). Les feuilles de poussée peuvent également être reconfigurées pour permettre la direction de la poussée et les manœuvres du vaisseau spatial, ce qui signifie que le vaisseau spatial pourrait rechercher de futures missions une fois qu’il aura atteint l’espace lointain.
Une pastille de plutonium-238 en céramique rougeoyante. Crédit : Laboratoire de Los Alamos
Cela comprend des télescopes à destination du point focal de la lentille gravitationnelle solaire (SGL) et des missions qui rencontreront des objets interstellaires (ISO) et renverront éventuellement des échantillons sur Terre pour analyse. En parlant de cela, le vaisseau spatial aurait la capacité disponible pour rencontrer lui-même un ISO et renvoyer des échantillons. La dégradation naturelle des feuilles peut également être exploitée à l’aide d’une couche de matériaux thermoélectriques (ou tuiles Peltier) pour générer un excès de puissance électrique d’environ 50 kW avec un rendement de 1 %. Une couche de matériau émetteur de particules bêta pourrait également être ajoutée pour neutraliser le rayonnement alpha et « induire une polarisation de tension qui dirige les émissions d’échappement et/ou exploite le vent solaire sortant ».
Ils notent également comment le concept peut être conçu avec plusieurs « étages » équipés d’Actinium-227 (ou d’autres isotopes ayant une demi-vie plus longue), conduisant à une vitesse plus élevée sur des durées de mission prolongées. De même, une version modifiée qui s’appuie sur le Thorium-233 peut exploiter le cycle du combustible du Thorium – une désintégration isotopique en cascade qui produit finalement de l’Uranium-232 – ce qui entraînera (selon eux) une augmentation des performances d’environ 500 %. De toute évidence, la technologie proposée présente de nombreuses opportunités de développement futur et pourrait être utilisée pour exécuter plusieurs profils de mission.
Ces missions s’alignent sur la vision de la NASA pour le siècle à venir, qui comprend l’envoi de vaisseaux spatiaux pour étudier de près les ISO, découvrir des planètes habitables dans les systèmes stellaires voisins, mener des missions avec équipage au-delà du système Terre-Lune et rechercher la vie sur d’autres corps célestes.
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