Le nucléaire spatial

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1949 .: Les débuts incontrôlés :: 1963 :: L'accalmie et les RTG :: 2000 :: La reprise fulgurante :. 2007


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	Nerva (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) Présentation générale : Le moteur Nerva fait partie intégrante d'un programme de développement d'un système de propulsion nucléaire thermique qui s'applique pour des missions spatiales habitées à long terme (lunaires ou interplanétaires). Le but de ce programme est tout simplement de prendre pour base le réacteur nucléaire à graphite construit au laboratoire du centre scientifique de Los Alamos (Los Alamos Scientific Laboratory) dans le cadre du projet Rover débuté en 1956, et de créer à partir de là un moteur de fusée opérationnel: les deux programmes menés en parallèle avec des partenaires industriels, connurent un grand succès d'un point de vue scientifique. Une des plus grandes manifestations de ce succès est notamment le test de 12 minutes du réacteur Phoebus-2A, le plus puissant réacteur nucléaire jamais construit, qui délivrait une puissance thermique supérieure à 4 000MW. Cependant, les programmes Nerva et Rover furent abandonnés en 1973 pour diverses raisons dont des considérations environnementales, et en raison de la perte d'intérêt de la part du public et des politiques dans une mission habitée à destination de Mars dans la droite ligne d'Apollo, aisin qu'à cause de l'utilisation de plus en plus répandue de sondes spatiales robotisées et inhabitées à faible coût. Entre 1959 et 1972, le Bureau dédié à la propulsion nucléaire spatiale (the Space Nuclear Propulsion Office) créé par la NASA et le CEA américain a supervisé les essais de 23 réacteurs nucléaires, tous réalisés dans les installatoins de Jackass Flats, Nevada. Le Nerva devait même faire partie intégrante d'une mission habitée à destination de Mars dont le lancement avait été prévu en novembre 1981, avec le premier pas sur Mars en août 1982. Le motuer Nerva aurait fourni la puissance à un étage nucléaire dédié au teste de réacteur en vol (le RIFT, Reactore-In-Flight-Test), étage qui aurait ensuite été intégré à Saturne V, permettant une amélioratoin qui aurait ouvert la voie à des voyages interplanétaires. Technologie A ses débuts, le programme avait les objectifs suivants : la capacité de permettre des missions multiples la compatibilité avec des missions habitées basé sur le principe du flux principal en tête dans la chambre principale: température minimale de 2 360 K et pression minimale de 450 psia (soit 30,612245 Pa) [760 mmHg = 1 Pa = 14,7 psia] une poussée minimale de 75 000 lbf (soit 333 616,65 N) [1 lbf = 4.448222 N] une endurance de 600 minutes et s'élevant jusqu'à 60 cycles une capacité à un régime transitoire de 85 000 lbf (soit 378 098,87 N) et 500 psia (soit 34,013605 Pa) un bouclier adéquat incorporé pour les missions habitées stockable pendant 5 ans au sol, 6 mois sur la rampe de lancement, et 3 ans dans l'espace transportable par voies terrestre, marine et aérienne Afin de répondre à ces exigences, le Nerva était constitué de deux projets de réacteurs : le réacteur nucléaire expérimental (NRX pour Nuclear Reactor eXperiment) et le prototype de moteur de vol expérimental (XE-Prime pour eXperimental flight Engine Prototype) D'ici la fin du projet, le Nerva 2 avait été conceptualisé : il aurait rempli tous les objectifs. Deux de ces moteurs auraient convenu à un étage Nerva capable de fournir la puissance nécessaire à une mission habitée interplanétaire. Diamètre : 10,55 m Longueur : 43,59 m Masse : 34 tonnes vide et 178 tonnes à plein Poussée : 867 kN Impulsion specifique : de 380 à 825 s Durée de combustion : 1200 s Propulsion (nucléaire-Dihydrogène liquide LH2) : Les moteurs nucléothermiques utilisent la chaleur produite par le réacteur pour chauffer un fluide propulsif: dans ce cadre, le fluide le plus adapté est le dihydrogène liquide, issu de l'élément le plus léger. Les moteurs nucléaires auraient des performances deux fois supérieures à celles d'une fusée conventionnelle à propulsion chimique. Malgré les tests au sol réussis pour ce type de propulsion à la fois en Russie et aux Etats-Unis, ils n'ont jamais été lancés pour des raisons environnementales et des considérations de sécurité. Le LH2, identifié par tous els visionnaires comme le propulsif de fusées idéal, possédait néanmoins de grand désavantages: il était hautement cryogénique, avait une très faible densité ce qui imposait des réservoirs importants. IMAGE Pour ce qui est des barreaux utilisés dans le coeur du réacteur, ils étaient constitués d'un substrat de graphite soit avec des perles de carbure d'uranium UC2 enrobées de carbone pyrolytique, soit en matrice composite contenant une dispersion de carbure d'uranium et de zirconium UC-ZrC (configuration plus performante testée une seule fois). Le choix du substrat en graphite était justifié par ses capacités neutroniques et sa résistance aux hautes températures. Cependant, l'hydrogène réagit à son contact et entraîne une corrosion importante du coeur, aussi les barres sont-elles revêtues d'une pellicule de carbure de niobium et de zirconium. Les barres qui permettent de réaliser l'assemblage contiennent le modératuer, du zirconium hybride ZrH: la puissance du réacteur assemblé peut ainsi être réglée tant par la longueur des barres que par leur proportion dans l'assemblage. IMAGE En régime établi, l'hydrogène emprunte le circuit suivant: poussé par la pression du réservoir jusqu'au moteur en passant par un cardan permettant d'orienter la poussée du réacteur, comprimé par des pompes centrifuges, passe par le circuit de régénération de la tuyère, remonte par la double paroi du col de la tuyère pour être distribué dans les organes périphériques du réacteur (réflecteur de neutrons, barres de contrôle et enceinte pressurisée), remonté au sommet du réacteur, l'hydrogène est envoyé dans le cœur d'où il s'échappe surchauffé vers la tuyère, 3% du flot est perdu car soutiré avant le col de la tuyère pour entraîner les turbines des pompes (pour être à une température compatible avec les matériaux de ces turbines, il est en plus redilué avec de l'hydrogène provenant directement du réservoir).