En ce qui concerne l'avenir de l'exploration spatiale en équipage, il est clair pour la NASA et d'autres agences spatiales que certaines exigences technologiques doivent être satisfaites. Non seulement une nouvelle génération de lanceurs et de capsules spatiales est nécessaire (comme SLS et Orion vaisseau spatial), mais de nouvelles formes de production d'énergie sont nécessaires pour garantir que des missions de longue durée sur la Lune, Mars et d'autres endroits du système solaire puissent avoir lieu.
Une possibilité qui répond à ces préoccupations est Kilopower, un système d'alimentation à fission léger qui pourrait alimenter des missions robotiques, des bases et des missions d'exploration. En collaboration avec la NNSA (National Nuclear Security Administration) du Département de l'énergie, la NASA a récemment mené une démonstration réussie d'un nouveau système d'alimentation de réacteur nucléaire qui pourrait permettre des missions en équipage de longue durée sur la Lune, Mars et au-delà.
Connue sous le nom d'expérience du réacteur Kilopower utilisant la technologie Stirling (KRUSTY), la technologie a été dévoilée lors d'une récente conférence de presse le mercredi 2 mai au Glenn Research Center de la NASA. Selon la NASA, ce système d'alimentation est capable de générer jusqu'à 10 kilowatts d'énergie électrique - suffisamment d'énergie pour plusieurs ménages en continu pendant dix ans, ou un avant-poste sur la Lune ou Mars.
Comme Jim Reuter, administrateur adjoint par intérim de la NASA pour la Direction des missions de technologie spatiale (STMD), l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«Une énergie sûre, efficace et abondante sera la clé de l'exploration robotique et humaine future. Je m'attends à ce que le projet Kilopower soit un élément essentiel des architectures de puissance lunaire et martienne à mesure qu'elles évoluent. »
Le prototype du système d'alimentation utilise un petit cœur de réacteur en uranium 235 solide et des caloducs passifs au sodium pour transférer la chaleur du réacteur aux moteurs Stirling à haut rendement, qui convertissent la chaleur en électricité. Ce système d'alimentation est idéalement adapté à des endroits comme la Lune, où la production d'électricité à l'aide de panneaux solaires est difficile car les nuits lunaires équivalent à 14 jours sur Terre.
De plus, de nombreux plans d'exploration lunaire impliquent la construction d'avant-postes dans les régions polaires ombragées en permanence ou dans des tubes de lave souterrains stables. Sur Mars, le soleil est plus abondant, mais soumis au cycle diurne et aux conditions météorologiques de la planète (comme les tempêtes de poussière). Cette technologie pourrait donc assurer une alimentation électrique stable qui ne dépend pas de sources intermittentes comme la lumière du soleil. Comme Marc Gibson, l'ingénieur en chef Kilopower chez Glenn, l'a déclaré:
«Kilopower nous donne la possibilité d'effectuer des missions de puissance beaucoup plus élevée et d'explorer les cratères ombragés de la Lune. Lorsque nous commencerons à envoyer des astronautes pour de longs séjours sur la Lune et sur d'autres planètes, cela nécessitera une nouvelle classe de puissance dont nous n'avons jamais eu besoin auparavant. "
L'expérience Kilopower a été menée au Nevada National Security Site (NNSS) de la NNSA entre novembre et mars 2017. En plus de démontrer que le système pouvait produire de l'électricité par fission, le but de l'expérience était également de montrer qu'il était stable et sûr. dans n'importe quel environnement. Pour cette raison, l'équipe Kilopower a mené l'expérience en quatre phases.
Les deux premières phases, qui ont été conduites sans électricité, ont confirmé que chaque composant du système fonctionnait correctement. Pour la troisième phase, l'équipe a augmenté la puissance pour chauffer lentement le cœur avant de passer à la phase quatre, qui consistait en un essai de 28 heures à pleine puissance. Cette phase a simulé toutes les étapes d'une mission, qui comprenait le démarrage du réacteur, la montée en puissance, le fonctionnement stable et l'arrêt.
Tout au long de l'expérience, l'équipe a simulé diverses défaillances du système pour s'assurer que le système continuerait de fonctionner, notamment des réductions de puissance, des moteurs en panne et un caloduc en panne. Tout au long, le générateur KRUSTY a continué à fournir de l'électricité, prouvant qu'il peut supporter tout ce que l'exploration spatiale peut lui apporter. Comme Gibson l'a indiqué:
«Nous avons mis le système à l'épreuve. Nous comprenons très bien le réacteur et ce test a prouvé que le système fonctionne comme nous l'avons conçu. Quel que soit l'environnement dans lequel nous l'exposons, le réacteur fonctionne très bien. »
À l'avenir, le projet Kilopower restera une partie du programme Game Changing Development (GCD) de la NASA. Dans le cadre de la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA, ce programme a pour objectif de faire progresser les technologies spatiales susceptibles de conduire à des approches entièrement nouvelles pour les futures missions spatiales de l'Agence. À terme, l'équipe espère faire la transition vers le programme de la Mission de démonstration technologique (TDM) d'ici 2020.
Si tout se passe bien, le réacteur KRUSTY pourrait permettre des avant-postes humains permanents sur la Lune et Mars. Il pourrait également offrir un soutien aux missions qui s'appuient sur l'utilisation des ressources in situ (ISRU) pour produire de l'hydrazine à partir de sources locales de glace d'eau et des matériaux de construction à partir du régolithe local.
Fondamentalement, lorsque des missions robotiques sont montées sur la Lune sur des bases d'impression 3D à partir du régolithe local, et que les astronautes commencent à se rendre régulièrement sur la Lune pour mener des recherches et des expériences (comme ils le font aujourd'hui vers la Station spatiale internationale), il pourrait s'agir de réacteurs KRUSTY qui leur fourniront tous leurs besoins en énergie. Dans quelques décennies, la même chose pourrait être vraie pour Mars et même des endroits dans le système solaire externe.
Ce système de réacteur pourrait également ouvrir la voie à des fusées qui dépendent de la propulsion nucléaire-thermique ou nucléaire-électrique, permettant des missions au-delà de la Terre qui sont à la fois plus rapides et plus rentables!
Et assurez-vous de profiter de cette vidéo du programme GCD, gracieuseté de NASA 360:
