Un réacteur nucléaire lunaire

Des chercheurs de la NASA et du ministère de l'Énergie ont récemment testé des technologies clés pour développer un réacteur à fission nucléaire qui pourrait alimenter un avant-poste humain sur la Lune ou sur Mars. Les tests prouvent que les agences pourraient construire un système sûr, fiable et efficace d'ici 2020, l'année où la NASA prévoit de renvoyer les humains sur la lune.

Puissance de génération : Une unité de conversion de puissance composée de deux moteurs Stirling, placés l'un en face de l'autre, est mise en place pour être testée au Marshall Space Flight Center de la NASA. Le métal liquide pompé est utilisé pour transférer la chaleur du réacteur aux moteurs, où elle est convertie en électricité.

Un réacteur à fission fonctionne en divisant des atomes et en libérant de l'énergie sous forme de chaleur, qui est convertie en électricité. L'idée d'utiliser l'énergie nucléaire dans l'espace remonte à la fin des années 1950, lorsqu'elle a été envisagée pour fournir une propulsion via le projet Orion. Dans les années 1960, une série de réacteurs nucléaires spatiaux expérimentaux compacts ont été développés par la NASA sous le Systèmes Nucléaire Puissance Auxiliaire programme. Mais les problèmes de sécurité publique et un traité international interdisant les armes nucléaires dans l'espace ont arrêté le développement.

Aujourd'hui, l'énergie nucléaire est envisagée pour les missions lunaires et martiennes car, contrairement à des alternatives telles que l'énergie solaire, elle peut fournir une énergie constante, une nécessité pour les systèmes de survie humaine, la recharge des rovers et l'extraction de ressources. Les systèmes d'énergie solaire nécessiteraient également l'utilisation de dispositifs de stockage d'énergie tels que des batteries ou des piles à combustible, ajoutant une masse indésirable au système. L'énergie solaire est encore plus limitée car la lune est sombre jusqu'à 14 jours à la fois et a des cratères profonds qui peuvent obscurcir le soleil. Mars est plus éloignée du soleil que la Terre ou la Lune, donc moins d'énergie solaire peut y être récoltée.

Le nouveau système d'énergie nucléaire fait partie d'un projet de la NASA lancé en 2006, appelé Puissance de surface de fission , qui examine de petits réacteurs conçus pour être utilisés sur d'autres planètes. Alors que l'énergie nucléaire reste controversée, les chercheurs affirment que le réacteur serait conçu pour être totalement sûr et serait enterré à une distance de sécurité des astronautes pour les protéger de tout rayonnement qu'il générerait.

Les tests récents ont examiné des technologies qui verraient un réacteur nucléaire couplé à un moteur Stirling capable de produire 40 kilowatts d'énergie, suffisamment pour alimenter un futur avant-poste lunaire ou martien.

Nous ne construisons pas un système qui a besoin de centaines de gigawatts de puissance comme ceux qui produisent de l'électricité pour nos villes, déclare Don Palac, chef de projet à la NASA. Centre de recherche Glenn à Cleveland, Ohio. Le système doit être bon marché, sûr et robuste et nos récents tests ont démontré que nous pouvons le construire avec succès, déclare Palac.

Pour produire de l'électricité, les chercheurs ont utilisé un métal liquide pour transférer la chaleur du réacteur au moteur Stirling, qui utilise la pression du gaz pour convertir la chaleur en énergie nécessaire à la production d'électricité. Pour les tests, les chercheurs ont utilisé une source de chaleur non nucléaire. Le métal liquide était un mélange sodium potassium qui a été utilisé dans le passé pour transférer la chaleur d'un réacteur à un générateur, dit Palac, mais c'est la première fois que ce mélange est utilisé avec un moteur Stirling.

Ils sont très efficaces et robustes, et nous pensons qu'ils peuvent durer huit ans sans surveillance, déclare Lee Mason, le chercheur principal du projet chez Glenn. Le système a fonctionné mieux que prévu, dit Palac, générant 2,3 kilowatts de puissance à un rythme soutenu.

Rafraîchir: Marc Gibson, un ingénieur d'essai de la NASA, inspecte le panneau de radiateur utilisé pour refroidir le système d'alimentation à fission qui est testé au Glenn Research Center. Le panneau mesure six pieds sur neuf pieds. Vingt radiateurs de ce type seraient nécessaires pour un système à grande échelle.

Les chercheurs ont également développé un panneau de radiateur léger pour refroidir le système et dissiper la chaleur du réacteur. Le panneau prototype mesure environ six pieds sur neuf pieds, soit un vingtième de la taille requise pour un système à grande échelle. La chaleur d'un système de refroidissement par eau est acheminée vers le radiateur où elle se dissipe.

Les chercheurs ont testé le panneau du radiateur dans une chambre à vide à Glenn qui reproduit le manque d'atmosphère et les températures extrêmes sur la lune, de plus de 100 degrés Celsius le jour à moins de 100 degrés Celsius la nuit. Le panneau a dissipé six kilowatts d'énergie, plus que prévu, un test très réussi, dit Palac. Sur la lune, le panneau doit également survivre à l'environnement poussiéreux causé par le régolithe.

Enfin, les chercheurs ont testé les performances de l'alternateur Stirling dans un environnement de rayonnement à Laboratoires nationaux Sandia à Albuquerque, Nouveau-Mexique. L'objectif était de tester les performances du moteur, en s'assurant que les matériaux ne se dégraderaient pas. L'alternateur a été soumis à 20 fois la quantité de rayonnement qu'il s'attendrait à voir au cours de sa durée de vie et a survécu sans aucun problème significatif.

Mason dit que les tests sont très importants pour montrer la faisabilité du système et que la prochaine étape consiste pour les chercheurs à effectuer une démonstration complète du système, en combinant un simulateur de réacteur non nucléaire avec le moteur Stirling et le panneau de radiateur. Il dit que ces tests devraient être terminés en 2014.

Les chercheurs travaillent également sur la transmission de puissance et l'électronique du système. Une base lunaire a besoin de beaucoup d'énergie pour des choses comme les ordinateurs, le maintien de la vie et pour chauffer les roches afin d'extraire des ressources comme l'oxygène et l'hydrogène, explique Ross Radel, membre senior du personnel technique et membre du groupe de concepts nucléaires avancés chez Sandia. . Son groupe travaille sur l'analyse dynamique des systèmes, un modèle informatique qui prédit les performances du réacteur pendant les tests. Le nucléaire est un tremplin pour aller plus loin dans l'exploration spatiale habitée, dit Radel.

C'est un projet fascinant et la seule méthode possible pour fournir de l'énergie pour un voyage habité vers Mars, explique Daniel Hollenbach, chercheur à la division des sciences et technologies nucléaires du Laboratoire national d'Oak Ridge, qui n'était pas impliqué dans le projet.

Mason dit que la fission nucléaire est l'un des nombreux concepts testés en tant que source d'énergie pour les missions humaines vers la Lune et Mars, et s'il est sélectionné, il dit que la technologie pourrait être déployée d'ici 2020.

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