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Pour envoyer des humains sur Mars, la NASA va devoir passer au nucléaire

Art conceptuel du programme NERVA développé par la NASA dans les années 60. Crédits : NASA

La NASA prévoit une première mission habitée vers Mars dès la fin des années 2030. Mais pour ce faire, elle va devoir penser et développer un autre moyen de propulsion. De quoi raccourcir les temps de trajets dans l’espace.

Propulsion chimique

Pour quitter la Terre, les agences et entreprises opérantes s’appuient depuis toujours sur des fusées conventionnelles dites à propulsion chimique. Celle-ci implique la production de grandes quantités de matière sous forme gazeuse dans une chambre de combustion. Exposés à de hautes températures et à de fortes pressions, ces gaz sont alors détendus dans une tuyère et éjectés à grande vitesse à l’arrière du moteur. Cela permet de créer la « poussée » nécessaire pour s’extraire de la gravité terrestre qui nous « tire » vers le bas.

Cette technologie nous a permis l’exploration humaine de la Lune. Et si la NASA compte effectivement y retourner, elle a également d’autres plans en tête : l’exploration humaine de Mars. Dans cet esprit, la propulsion chimique pose alors problème. Avec la technologie actuelle, il faudrait en effet environ six à neuf mois pour envoyer des Hommes sur Mars et une quantité phénoménale de propulseurs nécessaires.

Et même si nous pouvions le faire, de telles missions coûteraient excessivement cher et la planète rouge marquerait une sorte de limite au-delà de laquelle nous ne pourrions aller. Ainsi, pour aller plus loin, il faut donc aller plus vite, avec moins de carburant. Et pour ce faire, nous devons en effet penser un autre moyen de propulsion.

Propulsion nucléaire

En ce sens, la solution pourrait nous venir de l’énergie nucléaire. À la demande de la NASA, un nouveau rapport des Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine a récemment évalué la viabilité de deux moyens de propulsion, nucléaire thermique et nucléaire électrique, pour une mission humaine lancée sur Mars en 2039.

« L’une des principales conclusions du rapport est que si nous voulons envoyer des humains sur Mars, et que nous voulons le faire à plusieurs reprises et de manière durable, la propulsion spatiale nucléaire est la solution« , a déclaré Bobby Braun, du Jet Propulsion Laboratory.

Chacune de ces technologies repose sur des réactions nucléaires, mais fonctionnant différemment. La propulsion thermique nucléaire implique un moteur-fusée dans lequel un réacteur nucléaire remplace la chambre de combustion et brûle de l’hydrogène liquide comme combustible. La propulsion électrique nucléaire convertit quant à elle la chaleur d’un réacteur à fission en énergie électrique, puis utilise cette énergie pour produire une poussée en accélérant un propulseur ionisé (type xénon).

La propulsion nucléaire nécessite beaucoup moins de carburant que la propulsion chimique (moins de 500 tonnes métriques contre 1000 à 4000 tonnes métriques pour la SLS). En outre, elle permettrait de rejoindre Mars plus rapidement.

Au cours de ces dernières années, la NASA ne s’est pas vraiment concentrée sur ce type de technologie. Cela est probablement dû au fait que l’agence spatiale est investie dans le développement de sa fusée SLS, qui est à propulsion chimique. Toutefois, si l’agence veut s’appuyer sur la propulsion nucléaire dans le cadre de ces premières missions martiennes habitées, le rapport estime qu’elle doit se lancer immédiatement dans le développement de la technologique.

Ce ne sera pas une mince affaire. Différentes configurations ont en effet déjà été proposées depuis le début de l’ère spatiale, mais aucune fusée utilisant ce type de propulsion n’a encore réussi à voler. Qu’on se le dise, ce type de technologie est très, très compliqué à développer.

Il y a deux ans, le Congrès américain avait alloué une enveloppe de 125 millions de dollars (environ 112 millions d’euros) à la NASA pour permettre ces recherches. Toutefois, Bobby Braun souligne qu’il en coûterait beaucoup plus pour développer cette technologie et commencer des vols de fret vers Mars au milieu des années 2030.

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Illustration d’un rover pressurisé développé par la NASA dans le cadre des futures missions sur Mars. Crédits : NASA

Quid du Starship ?

Qu’en est-il du Starship que SpaceX construit pour envoyer des humains sur Mars ? Les ingénieurs de la société savent qu’il faudra beaucoup de carburant pour atteindre Mars, mais ils pensent que le problème peut être résolu si le vaisseau concerné est capable de voler souvent et à faible coût. C’est pourquoi SpaceX développe un système de lancement réutilisable, en se basant sur son expérience acquise au cours de ces cinq dernières années.

Concrètement, l’idée consiste à libérer un Starship en orbite terrestre basse, avec les réservoirs vides, à l’aide d’un lanceur Super Heavy. Celui-ci revient ensuite sur Terre pour lancer un nouveau vaisseau Starship rempli de carburant (une version tanker). Ce vaisseau tanker accoste enfin le Starship en orbite pour lui transférer le carburant, lui permettant d’entamer son long périple vers la planète rouge.

La NASA ne profite pas de cette expérience de la réutilisation essentielle pour SpaceX. C’est pourquoi elle doit donc se concentrer sur une autre stratégie.