Voyage vers Mars :les moteurs seront ils fiables ..et acceptés? (8)

Ce dernier article va être consacré  à une revue rapide et pédagogique des moteurs de l’Espace …

Certains d’entre vous se sont surement étonnés de voir la GLORIEUSE  NASA  nous laisser « tomber » dans nos grandioses projets EUROPEENS  de voyage2018-2020 sur MARS ….. «  Comment (se disent ils) ??... les USA  voient leur machine économique redémarrer plus vigoureusement que la nôtre ; leur échéances politiques   sont plus claires que celles de la zizanie  perpétuelle de la CEE  , pourquoi  laissent ils ce programme alléchant dans des mains concurrentes ??.. »

Les USA  ont le même proverbe que le nôtre et que vous connaissez bien : « no need to fart higher than one's ass » (  il ne faut pas péter plus haut que son trou du c.. !) et  ils jugent surement préférable  de garder pour eux les perfectionnements  et les recherches consacrés aux moteurs de l’espace (a bird in the hand is better than two in the bush : un tiens vaut mieux que deux tu l’auras ……(surtout si tu dois les partager !)

…..Et en effet les vaisseaux  ,les navettes  , leur capacité et  leurs caractéristiques seront extrêmement dépendantes du type de moteurs que l’on arrivera à mettre au point …Alors pourquoi vouloir tout attaquer tout à la fois quand le CONGRES «  mégotte  et pinaille «  sur les  crédits …Et pourquoi partager   avec ESA   leurs trouvailles ???  C’est peut être  une forme de réalisme (égoïste)  , allez-vous estimer ?

AVANT  PROPOS :

Je préfère avertir mes lecteurs :je vais « délaisser »  la catégorie des «  moteurs lanceurs » de fusée   pour me restreindre aux moteurs  consacrés au voyage lui-même

1)   :LES MOTEURS

Intéressons-nous donc pour commencer au programme NASA et à ce que nous raconte leur site   ;ILS ONT UN SITE WEB MAGNIFIQUE ( et terriblement copieux !)  que vous pourriez visiter avec profit   …. C’est là que je viens d’apprendre que l’année 2011 a été la 9e année la plus chaude depuis 1880 selon leurs scientifiques . Et neuf des années les plus chaudes ont eu lieu après l’an 2000 !!!!

D’abord et c’est une forme de résumé drastique , regardons ma photo de leurs budgets comparatifs passé-présent—futur : vous voyez disparaitre les sous du programme CONSTELLATION/MARS  ,en revanche , admirez comment ils développent la partie recherche 

Sans entrer dans les détails  il faudra   différentes solutions :

:-Des moteurs pour une base lunaire éventuelle ;

-Des moteurs  pour peaufinage et corrections fines de trajectoires

- Des moteurs propulseurs   pour parvenir à l’orbite martienne « extérieure de stationnement » 

- des moteurs atterrisseurs   dans l’atmosphère venteuse  quoique raréfiée de  MARS

- des moteurs propulseurs pour revenir  sur l’orbite martienne

- des moteurs pour revenir sur TERRE etc  

Voici quelques pistes :

1-1 :Les moteurs ioniques classiques

Ces propulseurs qui ont une faible poussée (quelques centaines de mN) mais une forte impulsion spécifique consomment des choses  moins dangereuses que les propergols…. l'ionisation se produit par contact : le gaz propulsif est vaporisé et circule dans une structure métallique portée à haute température. Le contact avec le métal, qui a une fonction de travail élevée, va arracher les électrons aux atomes de gaz. Les ions formés vont ensuite être focalisés sous forme de faisceau grâce à une première série d'électrodes. Une  grille va ensuite les accélérer en dehors du propulseur. Enfin un système d'émission électronique se charge de neutraliser le faisceau sortant …Les principaux agents propulsifs utilisés sont : Césium, Sodium, Lithium, Platine, Xénon

. Le gaz le plus couramment utilisé est le xénon dont les atomes  émettent une belle lueur bleue et choisi parce qu’il représente un bon compromis entre une masse atomique élevée et une faible énergie d'ionisation (~12 eV). Un tel moteur à ions ne consomme que très peu de carburant (ce qui allège considérablement le vaisseau) et peut fonctionner de manière continue. Un vaisseau propulsé par un moteur ionique met très longtemps à se lancer et il ne révèle sa puissance que lors des vols de très longues durées  … à terme, il peut atteindre de grandes vitesses

Dans le cas d'un voyage vers Mars, les moteurs ioniques seraient par exemple   utilisables par des vaisseaux cargos inhabitésmais bourrés de matériels et ravitaillement  , placés sur des trajectoires lentes ou assortis de fusées d appoints .  Les moteurs ioniques nécessiteraient une puissance électrique de 10 mégawatt, fournie par des panneaux solaires ou par  réacteur nucléaire

1-2 : les moteurs nucléaires

Dans un vaisseau de ce type, on réaliserait la fission de combustible nucléaire dans un réacteur, la chaleur produite étant alors récupérée pour chauffer à 2500°C de l'hydrogène ensuite éjecté à haute vitesse dans l'espace. Les vitesses d'éjection atteintes sont trois à cinq fois supérieures à celles d'un moteur chimique classique, ce qui permet de raccourcir considérablement la durée d'un voyage interplanétaire. Mais rappelez-vous l’incident d APPOLO13 : la nécessite de conserver de l’oxygène ou de l'hydrogène à l'état liquide à l'aide d'unités cryogéniques  consomme énormément d'énergie et peut être génératrice de fuites et de périls ….. Le réacteur nucléaire fournirait une source d'énergie bien plus fiable et efficace que les traditionnels panneaux solaires. Il pourrait non seulement servir à refroidir l'hydrogène, mais serait également capable d'alimenter à lui seul les principaux systèmes du vaisseau . Ce type de vaisseau représenterait  la solution la plus hardie pour entreprendre un voyage vers la planète Mars, mais l'envoi d'un réacteur nucléaire dans l'espace serait actuellement perçu par l'opinion écologiste ,comme un « péché contre l humanité » ( imaginez un départ ou un retour raté et dispersif !!!! )….. Le système serait pourtant très sûr. Le moteur nucléaire ne serait allumé que durant la phase de croisière entre Mars et la Terre. Lors du décollage proprement dit, assuré par un moteur chimique conventionnel   il serait désactivé.

1-3 : les moteurs à plasma ( ma photo)

Le propulseur à effet Hall utilise l’action combinée de champ électrique et magnétique (Ma photo) pour piéger les électrons qui servent à ioniser un gaz. Un tel moteur est parfois appelé Stationnary Plasma Thruster (SPT) ou Moteur à Plasma Stationnaire. s)…Je rappelle que le plasma est une soupe extrêmement chaude constituée d'un mélange d'électrons et de noyaux atomiques  ionisés . Ce milieu gazeux est donc une fournaise à  confiner…. il faut avoir recours à des champs magnétiques puissants. Un moteur à plasma comporte d'abord une chambre ou un gaz est ionisé et transformé en plasma grâce à des micro-ondes ;;; Le plasma est ensuite accéléré avant d'être expulsé par une tuyère magnétique dont l'ouverture est réglable

Le mécanisme est double : Les atomes sont ionisés et les noyaux atomiques produits (ions chargés positivement) sont séparés des électrons avant d'être accélérés puis éjectés par un champ magnétique, ce qui produit en retour une poussée. En sortie de tuyère et pour éviter qu'ils ne reviennent en arrière, les ions positifs sont neutralisés par un flux d'électrons.

EN France la SNECMA sait faire du_ moteur ionique classique ou a effet HALL

La conclusion de ELISA CLIQUET  DANS LE FASCICULE «  OBJECTIF MARS » de  POUR LA SCIENCE   EST MOINS PRUDENTE QUE LA MIENNE ET JE VOUS LA LIVRE/ «  Pour le moment le scénario de référence n’est pas encore établi ….La diversité et la richesse des solutions possibles promettent encore de longues de réflexion aux ingénieurs » …..Je pense moi aux budgets que vont devoir trouver les financiers et ça me rend bien plus pessimiste qu’elle …..

Fin de la série