Kilopower a été testé avec succès dans le désert du Névada
— Actualités du 15 mai 2018 —
Pour la plupart des agences spatiales, le futur du vol habité semble se trouver du côté de la lune. Les chinois, les américains et les européens espèrent pouvoir poser le pied sur notre satellite à moyen terme, et pourquoi pas y implanter une base permanente. D’un autre côté, on sait que SpaceX a pour objectif principal Mars avec des projets à peu près similaires. Dans tous les cas, le maintien d’une présence humaine sur un autre corps céleste que la Terre génère de nombreux défis, parmi lesquels celui de l’énergie.
Les robots qui font pour le moment le travail d’exploration spatiale peuvent s’appuyer sur deux sources d’énergie : l’énergie solaire à l’aide de panneaux photovoltaïques, ou l’énergie nucléaire grâce à la chaleur récupérée auprès de matériaux radioactifs. Pour une présence humaine, ces sources énergétiques peuvent être insuffisantes. Récupérer la chaleur de matériaux ne peut produire que quelques centaines de watts et les panneaux solaires ne fonctionnent que pendant la journée. Comme les nuits lunaires durent 14 jours et les systèmes de survie des humains ont besoin d’une puissance importante, des solutions alternatives sont nécessaires.
La NASA travaille actuellement sur le projet Kilopower, un mini-réacteur à fission nucléaire. L’agence spatiale américaine a annoncé il ya deux semaines que le prototype du réacteur a été testé avec succès. Kilopower est composé d’un petit coeur d’uranium 235 de la taille d’un rouleau d’essuie-tout, des caloducs transportent la chaleur du coeur jusqu’à des moteurs Stirling. L’énergie thermique du coeur est transformée en énergie mécanique par les moteurs puis en énergie électrique par des génératrices. Le système est très compact et permet de générer une puissance électrique de 10 kilowatts pendant 10 ans.
Une série de tests menés dans le désert du Nevada a exposé le prototype à des conditions extrêmes, proches des conditions sur la Lune ou sur Mars. Pour prouver que le réacteur peut fonctionner avec fiabilité tout en étant maltraité par les éléments météorologiques, l’équipe qui s’occupe des tests du Kilopower a simulé une véritable mission avec un fonctionnement continu de 28 heures, incluant la mise en route, la montée et le maintien de la puissance, puis l’arrêt du réacteur. En parallèle, les ingénieurs ont simulé des pannes des différents systèmes.
Kilopower a passé tous ces tests avec succès. Kilopower pourrait donc être une solution réaliste pour produire de l’électricité sur Mars ou sur la Lune. La NASA estime que trois ou quatre réacteurs Kilopower seront suffisants pour alimenter une base de manière permanente. Mais le nucléaire dans l’espace est un sujet sensible, même avec la technologie adéquate : mettre un bloc d’uranium 235 en haut d’une fusée représente un risque réel de retombées radioactives sur Terre en cas d’explosion.
Le mini-réacteur nucléaire Kilopower entre en phase de tests
— Actualités du 19 décembre 2017 —
Le projet Kilopower de la NASA devrait aider les futurs explorateurs, humains et machines. L’énergie est un paramètre fondamental de chaque mission spatiale. Dans l’espace, soit on utilise des panneaux photovoltaïques soit on utilise l’énergie nucléaire. Dans la plupart des cas, l’utilisation d’énergie nucléaire prend la forme de RTG, des générateurs thermoélectriques qui fonctionnent grâce à la chaleur de la radioactivité. Ils ne peuvent produire que quelques centaines de watts, ce qui est insuffisant pour alimenter une base humaine.
Pour augmenter les capacités des missions spatiales, il faut faire appel à la fission nucléaire. La fission nucléaire permet de générer une puissance bien supérieure à partir de la même quantité de matériaux radioactifs. Par le passé, les Etats-Unis et surtout l’URSS ont ont tenté de développer la fission nucléaire mais sans réel succès.
Une série de satellites de reconnaissance a embarqué une trentaine de réacteurs nucléaires en orbite, avec parfois des rentrées désastreuses dans l’atmosphère. Pour pouvoir un jour mener des missions spatiales plus ambitieuses, une source d’énergie puissante est nécessaire. La fission nucléaire est une des seules possibilités.
La NASA semble décidée à faire progresser très vite la recherche. L’agence spatiale américaine travaille sur un prototype de réacteurs à fission pour les applications spatiales de petite taille et de faible puissance. La NASA vient en effet de valider le financement du projet Kilopower pour plusieurs années. Kilopower est un mini réacteur à fission nucléaire qui devrait pouvoir produire 10 kilowatts de puissance pendant une durée de 10 ans, idéal pour alimenter une petite base habitée voire même pour des applications de propulsion. Avec une telle puissance disponible, les applications sont nombreuses : forage, électrolyse ou constructions. Ces applications sont difficilement envisageables avec une puissance de quelques centaines de watts, alors qu’avec une puissance de quelques milliers de watts les applications possibles sont beaucoup plus intéressantes.
Le projet Kilopower a commencé une campagne de tests en novembre avec notamment un test de fonctionnement en continu de 28 heures. Les équipes de la NASA cherchent avant tout à produire un réacteur sûr et qui demande peu de manipulation et d’entretien. Si le risque est accepté par les dirigeants politiques et l’opinion publique, Kilopower pourrait devenir la pièce centrale de toutes les missions les plus ambitieuses des prochaines décennies.
La NASA finance un projet de micro-centrale nucléaire baptisé Kilopower
— Actualités du 11 juillet 2017 —
La NASA a débloqué un budget de 15 millions de dollars pour la mise au point d’une micro-centrale nucléaire. L’énergie est toujours un problème dans toutes les missions spatiales : pour alimenter les instruments des sondes spatiales et tous les équipements de survie des astronautes, il faut de l’électricité. Jusqu’à maintenant, ce sont les panneaux solaires qui offrent la meilleure solution. Faciles à produire, ils peuvent produire des quantités correctes d’énergie. Leur principal problème est leur dépendance au soleil : leur rendement se dégrade fortement en cas de faible exposition au soleil. Ainsi, les panneaux solaires ne sont presque d’aucune utilité près de Jupiter.
Un panneau solaire en orbite terrestre produit une puissance d’environ 300 watts par mètre carré, alors qu’en orbite autour de Jupiter un panneau solaire ne produit que 6 watts par mètre carré. Comme la NASA aimerait généraliser l’utilisation de moteur à plasma pour l’exploration du système solaire externe, une source d’énergie puissante et effiace est nécessaire. C’est donc pour trouver une solution à ce problème que la NASA a lancé un projet de système nucléaire baptisé Kilopower. Le projet consiste à concevoir un petit réacteur à fission nucléaire de moins de 2 mètres capable de fournir une puissance de l’ordre du kilowatt ou de la dizaine de kilowatts.
Kilopower doit donc être capable d’apporter de l’énergie à toute une gamme d’applications, par exemple à une sonde spatiale ou à une base habitée sur la surface de Mars. Deux prototypes sont à l’étude : le premier devrait être capable de fournir une puissance avoisinant les 800 watts, la puissance moyenne utilisée par une sonde spatiale. Le deuxième prototype sera une version plus puissante capable de fournir entre 3000 et 10000 watts, l’énergie nécessaire à une petite base habitée sur Mars. Certains éléments du système, comme le radiateur de dissipation, seront testés directement sur la Station Spatiale Internationale (ISS).
Le design du réacteur est très différent d’un réacteur nucléaire civil, et même militaire comme on en trouve sur les sous-marins. La conversion de la chaleur générée par les réactions nucléaires ne se fera pas par une turbine à vapeur mais fera appel à des moteurs Stirling. Ces moteurs sont capables d’entraîner un générateur à partir d’une différence de température. C’est de cette manière que la NASA espère contenir trois centrales nucléaires dans des dimensions légèrement inférieures à 2 mètres. L’utilisation de l’énergie nucléaire dans l’espace est pour le moment limitée aux RPG, des piles fonctionnant à la radioactivité. Concrétiser un projet de centrale nucléaire même de très faible puissance représente donc un nouveau cap, car dans les années 50 et 60 un programme d’Areva avait permis de développer un moteur spatial nucléaire après vingt ans de recherches, mais le projet avait été abandonné alors qu’il devenait opérationnel.
Image by NASA Glenn [Public domain], via Wikimedia Commons
Sources
