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Jimo (Jupiter Icy Moons Orbiter) -
Prometheus Project
Prometheus:
Le programme fait mûrir des
technologies et
développe des systèmes qui permettent de parer
aux limitations actuelles en matière de puissance et de
propulsion spatiale. Sous cette houlette sont regroupées
plusieurs missions, Jimo était la première
d'entre elles. Les technologies prépondérantes
sont la propulsion nucléaire électrique, les
systèmes de conversion d'énergie dynamiques, la
propulsion nucléaire thermique.
Au sujet de la propulsion
électrique, la NASA
reconnaît, en dépit des considération
de sécurité, que les réacteurs
à fission utilisé pour fournir de la puissance
dans l'espace représentent l'avenir de l'exploration: ils
"propulsent la sonde spatiale directement vers les planètes
de manières qui ne sont pas encore possibles actuellement,
et réalisent des manoeuvres orbitales une fois parvenues
à bon port; ils fournissent une plus grande puissance
électrique permettant de faire fonctionner des suites
d'instruments scientifiques avancés qui demandent plus
d'électricité que ceux utilisés
à l'heure actuelle".
Caractéristiques du vaisseau
Jimo:
La sonde Jimo aurait pu être une
des
premières à utiliser un système de
propulsion nucléaire lui permettant d'avoir des niveaux de
puissance électrique disponible sans
précédents si la mission n'avait pas
été annulée en février
2005. La propulsion à proprement parler aurait
été réalisée par des
propulseurs ioniques alimentés électriquement par
l'électricité fournie par le réacteur
nucléaire alimenté à l'uranium
placé à la pointe d'un mat, derrière
un imposant bouclier anti-radiation protégeant les
équipements de mesure sensibles, situé
à l'exact opposé.
Le module disposerait de 100 fois plus de
puissance
utilisable à bord grâce au réacteur
nucléaire que pour n'importe laquelle des sondes
interplanétaires actuelles: cela permettrait aux instruments
scientifiques de rassembler plus de données de meilleure
qualité, et de les renvoyer sur Terre avec des
débits bien plus importants.
Le module aurait mesuré 75 m
(250 pieds) de long
et pesé 18 kg au décollage.
Le projet réclame la mise au
point de nouvelles
technologies révolutionnaires: parmi elles, la propulsion
électrique avancée, du matériel et des
composants électroniques renforcés pour
résister aux radiations, des technologies de rejet de
chaleur et de conversion d'énergie, ainsi que des
progrès dans les télécommunications.
En dépit de l'arrêt de
financement du
projet au début de l'année 2005, on
décrivit en juillet de la même année
les équipements spécifiques du module, une fois
les propulseurs ioniques testés et les unités de
contrôle et de gestion de l'alimentation choisies pour
correspondre à un design de 200 kW. Les points clefs
résidaient dans:
- les six propulseurs ioniques de 30 kW
chacun (2 000 kg de
Xénon y étant injecté) avec une
poussée nominale par élément de 0,65 N
pour une impulsion spécifique de 7 000 s;
- les six propulseurs à effet
Hall de 20 kW
chacun, avec une poussée nominale de 1,0 N par
élément (combinée à deux
propulseurs ioniques ayant chacun une poussée nominale de
0,65 N);
- un générateur qui
ait un rendement
supérieur à 96,5% et qui soit capable de
fonctionner à des niveaux d'irradiation
supérieurs à 5 Mrad;
- un réservoir de
Xénon supercritique
d'une capacité de 12 000 kg et enrobé dans du
carbone.
Le plus grand défi pour les
propulseurs ioniques
était la qualification du moteur et des composants du
système de propulsion électrique de
manière à satisfaire les injections de
Xénon supérieure à 2 000 kg
demandées par la mission (approximativement 10 fois plus que
la technologie de pointe actuelle). Les données provenant
des tests à grande échelle des composants
devaient permettre de développer et d'affiner les
modèles analytiques qui pourraient définir de
manière plus précise la durée de vie
du premier module de Prometheus (2 de ces tests furent
réalisés en 2005, sur deux propulseurs ioniques
prototypes).
Les avancées
réalisées dans
ce domaine seront d'une grande utilité à la NASA
dans de futures missions se servant de propulsion
électrique, ce qui justifie que l'on poursuive les
études malgré l'abandon du projet.
Plan de la mission Jimo:
Les objectifs de la mission sont:
- explorer trois lunes glacées
de Jupiter
(Callisto, Ganymède et Europe) afin de déterminer
si elles abritent un océan liquide, si celui-ci renferme une
forme de vie, et afin de repérer un site d'atterrissage pour
de futures missions par des mesures d'épaisseur de la couche
de glace;
- investiguer l'origine et
l'évolution des
lunes, leur structure interne, leur caractéristiques de
surface et leur composition chimique;
- étudier les interactions
entre les
atmosphères, l'intérieur des lunes, et tout le
système jupitérien;
- déterminer les
environnements radiatifs autour
de ces lunes, et la fréquence d'impact de
matériel heurtant leur surface;
- enfin, développer un
réacteur
nucléaire, et démontrer qu'il peut être
utilisé de manière sure tout en fonctionnant sans
accroc dans l'espace interplanétaire lors de mission
d'exploration dans l'espace lointain de longue durée.
Le lancement était
prévu pour 2012 au
mieux, et plutôt vers 2015 d'après les grandes
lignes données par la Vision pour l'Exploration Spatiale
(Vision for Space Exploration)
Un véhicule de lancement place
le module en
orbite.
A mesure qu'il quitte l'orbite terrestre
grâce aux
propulseurs ioniques, le module déploie une série
de panneaux rayonnant la chaleur destinés à
éviter une surchauffe du vaisseau. Là commence
son périple long de quelques six années qui va
l'emmener à Jupiter, et le réacteur n'est
allumé qu'une fois la sonde dégagée
pour de bon de l'emprise de sa planète d'origine.
De 2015 à 2020 environ, il va
être en
orbite autour de trois des quatre satellites galiléens de la
géante: à commencer par Callisto, puis viendra le
tour de Ganymède quelques mois plus tard, et enfin, le point
central de la mission, Europe. Cette dernière
étape est la plus périlleuse, car la petite lune
est dans une région où l'enveloppe
magnétique et les radiations sont plus intenses.
Le fait que le vaisseau ait besoin de faire
des sauts de puce
pour aller de lune en lune demande bien plus d'énergie que
sur n'importe quel autre de ses prédécesseurs, et
ceci ne peut être rendu possible que par l'utilisation d'un
réacteur nucléaire embarqué commandant
une alimentation électrique, utilisée en premier
lieu pour la propulsion, puis répartie entre les divers
instruments de mesure qui sont trop gourmands pour être
déployés tous ensemble en temps normal. Pour
comparaison, Jimo fournirait 1 kW à chaque instrument, alors
que Cassini, avec son RTG au plutonium, ne fournit que 0,9 kW
à l'intégralité des
équipements.
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