Le drame des fusées chimiques est l’équation de Tsiolkovski, le père de l’astronautique moderne.

Cette équation nous dit que la vitesse maximale d’une fusée ne dépend que :

— De la vitesse d’éjection du gaz de la fusée.

— De la masse du vaisseau.

— De la masse de carburant.

Donc pour aller vite, il faut soit plus de carburant, soit une plus grande vitesse d’éjection de gaz. Mais comme on l’a vu dans le premier article, les fusées chimiques sont inefficaces à convertir leur masse de carburant en poussée du coup leur vitesse d’éjection est très faible voire ridicule.

Ainsi, l’équation de Tsiolkovski nous dit que pour atteindre en moins de 1000 ans Proxima b, il n’y aurait pas assez de masse dans tout l’univers pour alimenter la fusée en carburant chimique. (Proxima b est l’exoplanète la plus proche de la Terre : 4,24 années-lumière)

Il est donc intéressant pour les ingénieurs et les physiciens de chercher de nouveaux moyens de propulsion dans l’espace. Voici les propulsions dites « avancées », c’est à dire qu’elles sont réalisables sur le plan théorique et font objet actuellement de recherches poussées et de tests concluants.

La propulsion ionique :

Des moteurs utilisent une réaction non chimique pour la production de la poussée. Dans un moteur à ions, le carburant qui est le xénon (un gaz rare) n’est pas brûlé mais ionisé. C’est à dire que le xénon est bombardé par des électrons (grâce à un canon à électrons), le xénon est alors chargé positivement : Il se crée des ions positifs.

Les ions libérés alors passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. La force d’accélération des ions cause une force de réaction de sens opposé : c’est la force de propulsion du moteur à ions (conformément à la troisième loi de Newton). Les ions récupèrent leurs électrons juste avant de sortir du moteur, afin de maintenir la neutralité de charge du véhicule et du carburant éjecté.

Fonctionnement détaillé d’un moteur ionique   électrostatique.

L’énergie électrique nécessaire pour l’ionisation du carburant et l’accélération des ions libérés est obtenue grâce à des panneaux solaires.

ll existe plusieurs modèles de moteurs ioniques. On peut citer les moteurs ioniques à grilles (utilisé sur la sonde Deep-Space 1), à Effet Hall (utilisé sur la sonde SMART-1) ou encore le VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasme).

Un moteur chimique conventionnel produit une poussée très forte, mais courte, et convient donc bien pour arracher une fusée à la pesanteur terrestre. Un moteur ionique lui pousse faiblement, mais très longtemps. Une fois le vaisseau dans l’espace, il pourra lui donner une vitesse très élevée. Ce qui est idéal pour les voyages interplanétaires.

Les systèmes à propulsion ionique font actuellement l’objet de recherches poussées, et de nouveaux moteurs toujours plus puissants sortent des laboratoires de recherche (notamment du NASA Jet Propulsion Laboratory).

Essai du moteur ionique de la NASA.

La propulsion nucléaire pulsée :

Le principe de cette propulsion est de lancer une série de bombes atomiques derrière le vaisseau et de surfer sur l’onde de choc. Pour éviter que le vaisseau soit désintégré par les explosions, on place au dessous de l’engin une plaque qui peut résister à de grandes chaleurs et qui amortit les chocs.

L’enthousiasme autour de la propulsion nucléaire pulsée a culminé avec le projet Orion initié à la fin des années 1950 par les physiciens du projet « Manhattan » (les pères de la bombe atomique).

Image d’illustration du projet Orion.

Des tests avaient même été réalisés sur des maquettes avec des explosifs chimiques et avaient été plutôt concluants mais le projet Orion n’a jamais abouti en pleine période de non-prolifération nucléaire.

Mais le physicien Freeman Dyson, leader du projet, a calculé qu’un vaisseau qui contiendrait 300 000 bombes nucléaires d’une tonne pouvait atteindre 3% de la vitesse de la lumière (chaque bombe étant 50 fois plus puissante que celle d’Hiroshima). Et ainsi atteindre Proxima b en 130 ans.

Grégoire Aulagner

 

Sources :

— The Secret Project Orion (BBC) : https://www.youtube.com/watch?v=UEtaQpHBP4U

— Project Orion, a nuclear bomb and rocket – all in one – Spaceflight Insider :

http://www.spaceflightinsider.com/space-flight-history/project-orion-nuclear-bomb-rocket/

— Le Sense Of Wonder.

— Nasa – Ionic propulsion : https://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs21grc.html

— Nasa – Jet Laboratory Propulsion : https://scienceandtechnology.jpl.nasa.gov/research/research-topics-list/spacecraft-technologies/advanced-propulsion-and-power

 

 

 

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