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Voyage vers Mars : le moteur à fusion inertielle au banc d'essai

Des ingénieurs et des physiciens de l’université de Washington et de la compagnie privée MSNW travaillent sur un moteur à fusion inertielle qui permettrait d’aller sur Mars en quelques mois seulement. Plusieurs tests expérimentaux accompagnés de simulations numériques sont concluants. Est-ce la clé de la colonisation du Système solaire ?

Une vue d'artiste du vaisseau interstellaire Daedalus, comparée ici à Saturn V. Sera-t-il construit au XXIIe siècle ? © Adrian Mann Une vue d'artiste du vaisseau interstellaire Daedalus, comparée ici à Saturn V. Sera-t-il construit au XXIIe siècle ? © Adrian Mann

Voyage vers Mars : le moteur à fusion inertielle au banc d'essai - 2 Photos

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« La Terre est le berceau de l'humanité, mais on ne passe pas sa vie entière dans un berceau. » Ainsi s'exprimait, dans une lettre de 1911, Constantin Tsiolkovski, l'un des pères de l'astronautique. Il fut influencé par les romans de Jules Verne et les idées de son mentor (le philosophe Nikolaï Fiodorov, l’une des principales figures du cosmisme russe), préfigurant étrangement le contenu du roman d’Arthur Clarke2001, L’odyssée de l’espace. Tsiolkovski a utilisé ses compétences en mathématiques pour l’étude des lois du voyage interplanétaire.

Constantin Tsiolkovski a ainsi découvert, entre autres, une équation reliant la quantité de carburant nécessaire pour atteindre une vitesse donnée à la vitesse d’éjection des particules d’un moteur de fusée. Il en découlait que plus la vitesse d’éjection était élevée, moins il fallait de carburant.


Extraits d’un documentaire sur la vie de Constantin Tsiolkovski (1857-1935). Russe d'origine polonaise, dur d'oreille à la suite d'une scarlatine contractée à neuf ans, Tsiolkovski a été refusé dans les écoles traditionnelles. Il a donc été forcé de devenir autodidacte, notamment en mathématiques. Le philosophe Nikolaï Fiodorov le guidera cependant pendant trois ans à Moscou, et lui ouvrira des horizons divers comme l'exploration de l'espace. © FilmUaGroup, YouTube

Tsiolkovski, le visionnaire de la propulsion spatiale

Les moteurs à propulsion chimique atteignent rapidement leurs limites pour la vitesse d’éjection des gaz. Il n’en est pas de même pour les moteurs ioniques qui peuvent, en théorie, accélérer des particules chargées au moyen de champs électriques ou électromagnétiques à des vitesses très élevées. Tsiolkovski fut le premier chercheur à mentionner publiquement, toujours en 1911, l’idée d’accélérer des électrons ou des ions pour la propulsion d’un vaisseau spatial.

L’idéal serait bien sûr d’atteindre presque la vitesse de la lumière. C'est pourquoi on a aussi pensé éjecter des photons produits par l'annihilation de particules d'antimatière. Or, la mise au point d'un tel moteur ne sera guère facile.

Une première étape vers un vaisseau interstellaire ?

Il y a 50 ans environ, un projet de vaisseau interstellaire nommé Daedalus a été étudié par les membres de la BIS (British Interplanetary Society). Il consistait à atteindre de grandes vitesses d’éjection au moyen de capsules contenant un mélange de deutérium et de tritium, injecté à répétition dans une tuyère. Sous l'effet d'un bombardement par des faisceaux d’électrons, une fusion inertielle se produirait pour chaque capsule injectée, entraînant une explosion thermonucléaire et la formation d’un plasma éjecté à grande vitesse, canalisé par des champs magnétiques. Avec un tel système, le Daedalus aurait pu théoriquement atteindre 12 % de la vitesse de la lumière.

Une vue d'artiste d'un éventuel vaisseau équipé d'un moteur à fusion inertielle. Ses panneaux solaires serviraient à alimenter son moteur au cours d'un voyage de trois mois vers Mars. © Université de Washington, MSNW
Une vue d'artiste d'un éventuel vaisseau équipé d'un moteur à fusion inertielle. Ses panneaux solaires serviraient à alimenter son moteur au cours d'un voyage de trois mois vers Mars. © Université de Washington, MSNW

C’est sur un moteur à fusion inertielle similaire que travaillent depuis quelques années des membres de l’université de Washington et de la firme MSNW, dans le cadre de l’Innovative Advanced Concepts Program financé par la Nasa. L’objectif des chercheurs est tout de même moins ambitieux que ceux de la BIS, puisqu’il ne s’agit pour le moment que d’un moteur destiné aux voyages interplanétaires. Mais à la différence de la société britannique, les membres de MSNW peuvent se targuer de résultats expérimentaux bien concrets. Ils ont fait un point récent sur les divers bilans de leurs recherches, dans plusieurs publications et communiqués lors de colloques.

De la fusion par compression magnétique d'anneaux de lithium

L’idée derrière leur méthode de propulsion par fusion est d’utiliser des anneaux de lithium que l’on force à se contracter à l’aide de puissants champs magnétiques, afin qu’ils forment une sorte de coque autour d’une bulle de plasma en se rassemblant. On obtient alors une pression suffisante pour que la fusion s’enclenche et donne en quelques microsecondes une explosion vaporisant le lithium sous forme d’ions. Le résultat final est un paquet de gaz éjecté à très hautes vitesses. Le processus peut être répété chaque minute.

Des tests ont été réalisés, non pas avec des anneaux de lithium, mais d’aluminium. Une preuve de principe de la faisabilité de leur moteur a ainsi été apportée. Selon les calculs des chercheurs, une mission vers Mars équipée d’un tel moteur serait non seulement moins coûteuse, mais aussi moins longue. Un aller-retour avec un séjour de 30 jours sur la Planète rouge ne durerait que sept mois, contre plusieurs années avec des moteurs conventionnels. Ce gain de temps est important, car il permet de faire baisser les risques que font peser les rayons cosmiques, notamment solaires, sur les astronautes.


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