Limitées par les capacités de la propulsion chimique, trop peu de missions sont parties explorer le système solaire extérieur (au-delà de la ceinture d'astéroïdes). L'intensité du soleil y est trop faible pour être utilisée et les technologies utilisant la fusion, les lasers ou l'antimatière sont loin d'être maîtrisées. La propulsion nucléaire (fission) reste la seule méthode accessible.
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Il faut différencier deux types de propulsion nucléaire :

  • la NTP (Nuclear Thermal Propulsion), qui ressemble à une fusée classique mais qui utilise l'énergieénergie libérée par la fissionfission de l'uranium-235 pour chauffer de l'hydrogènehydrogène qui est ensuite expulsé violemment à travers une tuyèretuyère, et
  • la NEP (Nuclear Electric Propulsion), qui utilise un réacteur nucléaire pour alimenter un propulseurpropulseur électrique qui éjecte des ionsions ou du plasmaplasma à très haute vitessevitesse.

    Les propulseurs NTP ont une impulsion spécifiqueimpulsion spécifique de l'ordre de 1000s et une poussée de plusieurs tonnes. Les propulseurs NEP ont eux une impulsion spécifique de plus de 3000s mais une poussée de seulement quelques centièmes de newton (à comparer à 450s dans le meilleur des cas de propulsion classique).

    La NASANASA se concentre actuellement sur le développement des réacteurs NEP pour explorer notre système solairesystème solaire (Mission JIMO). Les NEP ont une accélération très faible mais continue, alors que les NTP accélèrent très fortement d'un seul coup. La NTP est le seul type de propulsion qui permettrait de réaliser des retours d'échantillon de satellites comme Europa (où il y aurait de l'eau liquideliquide) car elles permettent des changements brusques de direction.

    Des fusées équipées de réacteurs NTP pourraient recharger leur réserve en hydrogène une fois posées sur des planètes comme Europa, Mars, PlutonPluton.

    Bien que la NASA ait choisi de développer prioritairement la propulsion NEP, la base technologique NTP est déjà forte aux Etats-Unis et en Russie. Le DoD américain a déjà réalisé un prototype nommé "