Une image conceptuelle du projet Fission Surface Power de la NASA. Crédit : NASA
NASA progresse dans son projet Fission Surface Power visant à développer un réacteur nucléaire à fission pour la Lune, en mettant l’accent sur l’autonomie, la sécurité et le fonctionnement à long terme. Cet effort vise à soutenir une présence humaine durable sur la Lune, avec des applications potentielles pour Mars.
La NASA termine la phase initiale de son projet Fission Surface Power, qui visait à développer des conceptions pour un petit réacteur à fission nucléaire produisant de l’électricité qui pourrait être utilisé lors d’une future démonstration sur la Lune et pour éclairer les futures conceptions pour Mars.
La NASA a attribué trois contrats de 5 millions de dollars en 2022, chargeant chaque partenaire commercial de développer une conception initiale incluant le réacteur ; ses systèmes de conversion d’énergie, de rejet de chaleur et de gestion et de distribution d’énergie ; prix estimés; et un calendrier de développement qui pourrait ouvrir la voie à une présence humaine soutenue sur la surface lunaire pendant au moins 10 ans.
Démonstration de l’énergie nucléaire sur la Lune
« Une démonstration d’une source d’énergie nucléaire sur la Lune est nécessaire pour montrer qu’il s’agit d’une option sûre, propre et fiable », a déclaré Trudy Kortes, directrice du programme des missions de démonstration technologique au sein de la direction des missions de technologie spatiale de la NASA au siège de la NASA à Washington. « La nuit lunaire est un défi d’un point de vue technique, donc disposer d’une source d’énergie telle que ce réacteur nucléaire, qui fonctionne indépendamment du Soleil, est une option permettant d’explorer à long terme et les efforts scientifiques sur la Lune. »
Bien que les systèmes d’énergie solaire aient des limites sur la Lune, un réacteur nucléaire pourrait être placé dans des zones d’ombre permanente (où il peut y avoir de la glace d’eau) ou produire de l’énergie en continu pendant les nuits lunaires, qui durent 14 jours et demi sur Terre.
La NASA prévoit une présence soutenue sur la Lune et éventuellement sur Mars. Une énergie sûre, efficace et fiable sera la clé de la future exploration robotique et humaine. Crédit : NASA
La NASA a conçu les exigences pour ce réacteur initial de manière à ce qu’elles soient ouvertes et flexibles afin de maintenir la capacité des partenaires commerciaux à proposer des approches créatives pour l’examen technique.
« Il y avait une bonne variété d’approches ; ils étaient tous très différents les uns des autres », a déclaré Lindsay Kaldon, chef de projet Fission Surface Power au Glenn Research Center de la NASA à Cleveland. «Nous ne leur avons pas imposé volontairement beaucoup d’exigences, car nous voulions qu’ils sortent des sentiers battus.»
Exigences techniques et considérations de sécurité
Cependant, la NASA a précisé que le réacteur devrait rester inférieur à six tonnes et être capable de produire 40 kilowatts (kW) d’énergie électrique, garantissant suffisamment d’énergie à des fins de démonstration et une puissance supplémentaire disponible pour faire fonctionner les habitats lunaires, les rovers, les réseaux de secours ou les expériences scientifiques. . Aux États-Unis, 40 kW peuvent, en moyenne, fournir de l’électricité à 33 foyers.
La NASA s’est également fixé pour objectif que le réacteur soit capable de fonctionner pendant une décennie sans intervention humaine, ce qui est la clé de son succès. La sécurité, notamment en ce qui concerne la dose de rayonnement et le blindage, est un autre facteur clé de la conception.
Au-delà des exigences fixées, les partenariats ont envisagé la manière dont le réacteur serait alimenté et contrôlé à distance. Ils ont identifié des défauts potentiels et ont examiné différents types de carburants et configurations. Le jumelage d’entreprises nucléaires terrestres avec des entreprises ayant une expertise dans le domaine spatial a donné lieu à un large éventail d’idées.
Regard vers l’avenir : phase 2 et au-delà
La NASA prévoit de prolonger les trois contrats de la phase 1 pour recueillir davantage d’informations avant la phase 2, lorsque l’industrie sera sollicitée pour concevoir le réacteur final à démontrer sur la Lune. Ces connaissances supplémentaires aideront l’agence à définir les exigences de la phase 2, explique Kaldon.
« Nous recevons beaucoup d’informations de la part des trois partenaires », a déclaré Kaldon. « Nous devrons prendre un certain temps pour traiter tout cela et voir ce qui est logique avant la phase 2 et tirer le meilleur parti de la phase 1 pour définir les exigences nécessaires à la conception d’un système à moindre risque pour l’avenir. »
L’appel d’offres ouvert pour la phase 2 est prévu pour 2025.
Après la phase 2, la date cible de livraison d’un réacteur sur la rampe de lancement est fixée au début des années 2030. Sur la Lune, le réacteur effectuera une démonstration d’un an suivie de neuf années opérationnelles. Si tout se passe bien, la conception du réacteur pourrait être mise à jour en vue d’une utilisation potentielle sur Mars.
Au-delà de la préparation de la phase 2, la NASA a récemment attribué des contrats à Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy et General Electric pour développer des convertisseurs de puissance Brayton.
L’énergie thermique produite lors de la fission nucléaire doit être convertie en électricité avant utilisation. Les convertisseurs Brayton résolvent ce problème en utilisant les différences de chaleur pour faire tourner les turbines au sein des convertisseurs. Cependant, les convertisseurs Brayton actuels gaspillent beaucoup de chaleur. La NASA a donc mis les entreprises au défi de rendre ces moteurs plus efficaces.
Le programme de missions de démonstration technologique gère la puissance de surface de fission sous la direction des missions de technologie spatiale de la NASA.
