dans

Le rover Perseverance de la NASA est le premier vaisseau spatial depuis des années à transporter du plutonium américain frais. Ce ne sera pas le dernier.

Au fond de certaines des sondes spatiales les plus vénérables de la NASA se trouvent des cœurs remplis de plutonium qui battent pour réchauffer et alimenter les robots, dont le jumeau Vaisseau spatial Voyager, Cassini avant sa plongée audacieuse dans les anneaux de Saturne et Nouveaux horizons trekking à travers les décombres de la ceinture de Kuiper.

Mais à la suite de la guerre froide, les États-Unis ont cessé de produire leur propre plutonium. Pendant un certain temps, la NASA a pu exécuter ses missions uniquement à partir de plutonium existant ou importé. Mais grâce à un changement dans le partenariat de l’agence spatiale avec le ministère de l’Énergie, l’été dernier, du plutonium américain frais a de nouveau quitté la Terre à l’intérieur de la NASA à destination de Mars. Rover de persévérance – et d’autres missions le feront dans les années à venir. Et pour les scientifiques qui se concentrent sur le système solaire externe, c’est vital.

« Notre voyage vers la découverte nous oblige à pouvoir nous détacher de notre propre système solaire », a déclaré Abigail Rymer, physicienne spatiale au Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory dans le Maryland et membre de l’Outer Planets Assessment Group qui conseille la NASA. Espace.com. « Nous devons pouvoir emporter notre maison avec nous ; notre alimentation électrique ne doit pas dépendre de notre propre étoile. Plus nous nous éloignons, plus cela devient vrai. »

En rapport: Où aller ensuite dans le système solaire externe ? Les scientifiques ont de grandes idées pour explorer les lunes glacées et plus encore.

Il n’y a que quelques moyens familiers et fiables d’alimenter un vaisseau spatial ; le plutonium et la lumière du soleil sont les choix les plus courants. Mais au fur et à mesure qu’une sonde s’éloigne dans le système solaire et s’éloigne du soleil, la lumière du soleil perd rapidement de sa puissance : la NASA’s Junon Les vaisseaux spatiaux actuellement en orbite autour de Jupiter, par exemple, ont nécessité des progrès dans la technologie de l’énergie solaire pour survivre sans technologie nucléaire, a déclaré Rymer.

Donc, si vous voulez envoyer un vaisseau spatial vers les planètes géantes de notre système solaire et au-delà, ou vers d’autres endroits sombres comme le régions sombres en permanence au fond des cratères près des pôles de la lune, vous voudrez probablement de l’énergie nucléaire. Cette préférence ne concerne pas seulement la lumière du soleil ; l’énergie nucléaire aide également les engins spatiaux à faire face à des menaces telles que les basses températures et les fortes radiations.

« Cela nous permet d’explorer là où la lumière du soleil n’arrive pas, mais cela nous permet également d’explorer des environnements difficiles, et c’est parce que nous pouvons emporter notre chaleur avec nous », June Zakrajsek, responsable du programme Radioisotope Power Systems (RPS) pour la NASA. au Glenn Research Center dans l’Ohio, a déclaré 45secondes.fr. « C’est la fiabilité et ce genre de facteurs qui sont vraiment importants pour nos missions, et nous ne pourrions pas faire certaines missions sans cela. »

Le prochain vaisseau spatial propulsé par le plutonium de la NASA sera le Libellule mission de giravion, lancement en 2027 vers l’étrange lune de Saturne Titan, lequel La NASA dit reçoit environ 1% de la lumière solaire que la Terre reçoit. En raison de la source d’énergie nucléaire de Dragonfly, le vaisseau spatial va probablement mourir de froid dans le paysage de méthane liquide et d’imposantes falaises de glace d’eau bien avant qu’il ne tombe en panne d’électricité, a déclaré Zakrajsek.

Dragonfly appartient à une classe de missions de la NASA surnommées De nouvelles frontières, le niveau le plus ambitieux de l’agence pour les propositions d’expéditions scientifiques planétaires que la NASA accepte de la part de scientifiques au-delà de ses centres. Le fait que la NASA ait même envisagé Dragonfly – et encore moins l’ait sélectionné – témoigne des progrès de l’agence en collaboration avec le ministère de l’Énergie pour augmenter l’offre de plutonium disponible pour les concepteurs de missions.

Représentation d'un artiste de la mission Dragonfly de la NASA à la surface de la lune Titan de Saturne.

Représentation d’un artiste de la mission Dragonfly de la NASA à la surface de la lune Titan de Saturne. (Crédit image : NASA/Johns Hopkins APL)

Lors de la campagne de sélection de la précédente mission New Frontiers, a déclaré Zakrajsek, la NASA a stipulé que les engins spatiaux doivent fonctionner sans énergie nucléaire, car l’agence n’était pas sûre que le partenariat aurait suffisamment de plutonium pour fournir une nouvelle mission. (Le OSIRIS-REx mission d’échantillonner l’astéroïde proche de la Terre Bennu a été sélectionnée au cours de cette ronde.)

Zakrajsek a qualifié la disponibilité du carburant pour la sélection la plus récente de « gros problème ». « Le fait que nous ne prenons plus de décisions limitant la mission sur la base du RPS [radioisotope power systems] est important », a-t-elle déclaré. « Cela semble rendre les scientifiques un peu plus heureux. »

La transition est due, en partie, à une décision de la NASA d’évaluer chaque année ses besoins en plutonium pour la prochaine décennie, a-t-elle déclaré, donnant au partenariat plus de préparation pour assurer l’approvisionnement nécessaire. Cela est également dû à la décision du ministère de l’Énergie de produire du plutonium pour les engins spatiaux à un rythme constant – un changement radical par rapport à son processus précédent.

« La NASA approcherait le département et nous ferait savoir: » Hé, nous avons une mission à venir «  », a déclaré à 45secondes.fr Tracey Bishop, secrétaire adjointe adjointe pour les programmes d’infrastructure nucléaire au ministère de l’Énergie. « Nous sortirions l’équipement de la veille, allions embaucher du nouveau personnel, requalifierions l’équipement et les processus, fabriquions du carburant, soutenions le développement des RPS – et une fois la mission terminée, nous suspendions les capacités et les mettions en veille à froid. jusqu’au prochain ajout. »

Ce système a été conçu en partie parce que les vaisseaux spatiaux de la NASA sont la seule utilisation du ministère de l’Énergie pour ce matériau particulier, l’oxyde de plutonium également surnommé plutonium-238. Et les vaisseaux spatiaux ne sont peut-être pas ce à quoi tout le monde pense en premier lorsqu’on l’interroge sur le plutonium. « Notre utilisation est de loin la moins connue des choses auxquelles le plutonium est utilisé », a déclaré Rymer. (Le plutonium utilisé dans les armes nucléaires et les réacteurs comprend un neutron supplémentaire par rapport à la variété des vols spatiaux.)

Mais en 2017, la NASA et le ministère de l’Énergie ont décidé que le processus stop-and-go était trop risqué pour le vaisseau spatial qui ne peut pas se lancer sans plutonium-238. Bishop a déclaré qu’avec le nouveau système de production stable, l’agence espère réduire jusqu’à deux ans le calendrier de production, qui pourrait durer jusqu’à une décennie.

En rapport: Pourquoi le rover martien Perseverance de la NASA utilisera l’énergie nucléaire pour se réchauffer

Le rover Perseverance de la NASA pendant les préparatifs du lancement, avec un espace pour la source d'énergie nucléaire du rover exposée.

Le rover Perseverance de la NASA pendant les préparatifs du lancement, avec un espace pour la source d’énergie nucléaire du rover exposée. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech)

Le plutonium à bord du rover Persévérance témoigne de l’impact de cette nouvelle approche. Le ministère de l’Énergie n’avait pas prévu de fournir du carburant à ce vaisseau spatial en particulier. Mais le premier plutonium du nouveau processus de production était prêt et devait être évalué de toute façon, donc une fois que l’agence a déterminé qu’il répondait aux exigences de la NASA, les responsables du programme ont décidé d’aller de l’avant et de terminer la préparation du matériau quelques années avant la date prévue pour tester les systèmes, dit l’évêque. Elle a noté que le succès du projet a accru la confiance du ministère de l’Énergie dans sa capacité à répondre aux besoins en carburant de la NASA à l’avenir.

« Il est vraiment facile de tourner un peu le cadran si une projection de mission change, plutôt que le cadran étant éteint et maintenant vous devez l’allumer et attendre qu’il se réchauffe et s’intègre dans le processus », a-t-elle déclaré. « Maintenant, c’est plus un réglage fin. »

Alors que le ministère de l’Énergie augmente la production de plutonium, la NASA travaille au développement de la prochaine génération de systèmes électriques qui contiendront ce plutonium, a déclaré Zakrajsek, avec des travaux axés sur deux approches différentes.

L’une, appelée source d’alimentation dynamique à radio-isotopes, peut être trois ou quatre fois plus efficace que la norme actuelle, le générateur thermoélectrique à radio-isotopes multi-missions (MMRTG). Cependant, le système dynamique est délicat car, comme son nom l’indique, il intègre des pièces mobiles.

« L’espace est difficile, et c’est vraiment difficile pour les systèmes qui bougent », a déclaré Zakrajsek. La NASA travaille actuellement sur la conception d’un tel système, qui pourrait potentiellement être prêt pour un vol d’essai sur la lune vers la fin de la décennie, a-t-elle noté.

La deuxième approche s’appuie sur le propre héritage de la NASA, ancré dans les tout premiers systèmes d’énergie nucléaire des engins spatiaux. Ce système serait une version perfectionnée et plus efficace des unités RTG à source de chaleur à usage général (GPHS) qui volaient sur Galilée, Cassini et Nouveaux Horizons. Zakrajsek a déclaré que ce type de source d’énergie serait particulièrement attrayant pour les missions plus importantes se dirigeant vers Neptune ou Uranus.

Une combinaison d'images montre comment Neptune et sa plus grande lune Triton ont pu apparaître au vaisseau spatial Voyager 2 en 1989.

Une combinaison d’images montre comment Neptune et sa plus grande lune Triton ont pu apparaître au vaisseau spatial Voyager 2 en 1989. (Crédit image : NASA)

Par coïncidence, Rymer a dirigé une équipe explorant comment une telle mission hypothétique pourrait étudier Neptune et sa plus grosse lune, Triton. Elle a décrit le processus difficile consistant à essayer de « réduire chaque watt et chaque gramme possible » des instruments pour répondre aux contraintes des opportunités de lancement et des alimentations électriques sans sacrifier les objectifs scientifiques.

« C’est un effort énorme parce que c’est l’une des choses que nous pouvons contrôler », a-t-elle déclaré. « La physique vous indique la quantité d’énergie dont vous avez besoin pour survivre pour atteindre votre cible, mais nous avons des scientifiques et des ingénieurs qui peuvent réellement optimiser la quantité d’énergie que vous devez utiliser lorsque vous y arrivez, nous nous concentrons donc beaucoup sur cela. »

Sur la base des calendriers de production actuels, si le seul vaisseau spatial précédent à utiliser l’énergie nucléaire était la mission Dragonfly, il y aurait – à peine – assez de plutonium pour alimenter l’hypothétique mission Neptune/Triton.

Cependant, il est possible qu’une autre mission rejoigne la file d’attente. La NASA annoncera bientôt lequel des quatre finalistes il a sélectionné dans le plus petit Classe découverte de missions. (Ce programme comprend des vaisseaux spatiaux comme le Lunar Reconnaissance Orbiter et l’atterrisseur de géologie Mars InSight, ainsi que les futures missions d’astéroïdes Lucy et Psyche.)

L’un des quatre finalistes, Trident, explorerait Triton – et s’appuierait sur deux centrales nucléaires. Il y a de fortes chances que si cette mission est sélectionnée, la NASA ignorerait une idée plus large de Neptune/Triton pour éviter les travaux scientifiques en double, mais il existe de nombreux autres mondes lointains qui méritent d’être explorés. Et le spectre persistant d’une pénurie indique les contraintes que les scientifiques doivent encore avoir à l’esprit lorsqu’ils envisagent de futurs engins spatiaux.

C’est juste cette contrainte que la NASA espère que le partenariat réorganisé avec le ministère de l’Énergie éliminera.

« Si le plutonium avait été produit de manière constante tout au long de la période, nous en aurions alors un bon gros stock », a déclaré Rymer. « J’espère que ce sera la situation dans laquelle nous serons dans pas trop d’années. »

Envoyez un e-mail à Meghan Bartels à [email protected] ou suivez-la sur Twitter @meghanbartels. Suivez nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook.

45secondes est un nouveau média, n’hésitez pas à partager notre article sur les réseaux sociaux afin de nous donner un solide coup de pouce. 🙂