Un test de système d'arme militaire n'intercepte pas la cible


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Pour explorer en toute sécurité le système solaire et au-delà, les vaisseaux spatiaux doivent aller plus vite – les fusées à propulsion nucléaire peuvent être la réponse

Au cours des 50 dernières années, beaucoup de choses ont changé dans le domaine des fusées. Le carburant qui alimente les vols spatiaux pourrait enfin changer aussi. CSA-Printstock/Digital Vision Vectors via Getty ImagesAvec les rêves de Mars dans l'esprit de la NASA et d'Elon Musk, des missions en équipage à longue distance dans l'espace sont à venir. Mais vous pourriez être surpris d'apprendre que les fusées modernes ne vont pas beaucoup plus vite que les fusées du passé. Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles un vaisseau spatial plus rapide est meilleur, et les fusées à propulsion nucléaire sont un moyen de le faire. Ils offrent de nombreux avantages par rapport aux fusées à combustible traditionnelles ou aux fusées électriques modernes à énergie solaire, mais il n'y a eu que huit lancements spatiaux américains transportant des réacteurs nucléaires au cours des 40 dernières années. Cependant, en 2019, les lois régissant les vols spatiaux nucléaires ont changé et les travaux ont déjà commencé sur cette prochaine génération de fusées. Pourquoi le besoin de vitesse ? La première étape d'un voyage dans l'espace implique l'utilisation de fusées de lancement pour mettre un navire en orbite. Ce sont les gros moteurs à carburant que les gens imaginent lorsqu'ils pensent aux lancements de fusées et qui ne risquent pas de disparaître dans un avenir prévisible en raison des contraintes de gravité. C'est une fois qu'un vaisseau atteint l'espace que les choses deviennent intéressantes. Pour échapper à la gravité terrestre et atteindre des destinations spatiales lointaines, les navires ont besoin d'une accélération supplémentaire. C'est là que les systèmes nucléaires entrent en jeu. Si les astronautes veulent explorer quelque chose de plus loin que la Lune et peut-être Mars, ils vont devoir aller très très vite. L'espace est immense et tout est loin. Il y a deux raisons pour lesquelles les fusées plus rapides sont meilleures pour les voyages spatiaux sur de longues distances : la sécurité et le temps. Les astronautes en voyage sur Mars seraient exposés à des niveaux de rayonnement très élevés qui peuvent causer de graves problèmes de santé à long terme tels que le cancer et la stérilité. Le blindage contre les radiations peut aider, mais il est extrêmement lourd, et plus la mission est longue, plus il faut de blindage. Une meilleure façon de réduire l'exposition aux rayonnements est simplement d'arriver plus rapidement là où vous allez. Mais la sécurité humaine n'est pas le seul avantage. Alors que les agences spatiales sondent plus loin dans l'espace, il est important d'obtenir des données des missions sans pilote dès que possible. Il a fallu 12 ans à Voyager-2 pour atteindre Neptune, où il a pris des photos incroyables en survolant. Si Voyager-2 avait un système de propulsion plus rapide, les astronomes auraient pu avoir ces photos et les informations qu'elles contenaient des années plus tôt. La vitesse est bonne. Mais pourquoi les systèmes nucléaires sont-ils plus rapides ? La fusée Saturn V mesurait 363 pieds de haut et n'était principalement qu'un réservoir d'essence. Mike Jetzer/heroicrelics.org, CC BY-NC-ND Systèmes d'aujourd'hui Une fois qu'un navire a échappé à la gravité terrestre, il y a trois aspects importants à considérer lors de la comparaison d'un système de propulsion : Poussée – à quelle vitesse un système peut accélérer un navire Efficacité de masse – quelle poussée un système peut produire pour une quantité donnée de carburant Densité énergétique – quelle quantité d'énergie une quantité donnée de carburant peut produire Aujourd'hui, les systèmes de propulsion les plus couramment utilisés sont la propulsion chimique – c'est-à-dire les fusées -systèmes de propulsion électrique alimentés. Les systèmes de propulsion chimique fournissent beaucoup de poussée, mais les fusées chimiques ne sont pas particulièrement efficaces et le carburant de fusée n'est pas si dense en énergie. La fusée Saturn V qui a emmené les astronautes sur la Lune a produit 35 millions de newtons de force au décollage et a transporté 950 000 gallons de carburant. Alors que la plupart du carburant a été utilisé pour mettre la fusée en orbite, les limites sont évidentes : il faut beaucoup de carburant lourd pour aller n'importe où. Les systèmes de propulsion électrique génèrent une poussée en utilisant l'électricité produite à partir de panneaux solaires. La façon la plus courante de le faire est d'utiliser un champ électrique pour accélérer les ions, comme dans le propulseur Hall. Ces appareils sont couramment utilisés pour alimenter les satellites et peuvent avoir une efficacité de masse cinq fois supérieure à celle des systèmes chimiques. Mais ils produisent beaucoup moins de poussée – environ trois Newtons, soit juste assez pour accélérer une voiture de 0 à 100 km/h en environ deux heures et demie. La source d'énergie – le Soleil – est essentiellement infinie mais devient de moins en moins utile à mesure que le navire s'éloigne du Soleil. L'une des raisons pour lesquelles les fusées à propulsion nucléaire sont prometteuses est qu'elles offrent une densité d'énergie incroyable. Le combustible à l'uranium utilisé dans les réacteurs nucléaires a une densité énergétique 4 millions de fois supérieure à celle de l'hydrazine, un propulseur chimique typique des fusées. Il est beaucoup plus facile de transporter une petite quantité d'uranium dans l'espace que des centaines de milliers de gallons de carburant. Alors qu'en est-il de la poussée et de l'efficacité de masse ? La première fusée thermique nucléaire a été construite en 1967 et est vue en arrière-plan. Au premier plan se trouve le boîtier de protection qui contiendrait le réacteur. NASA/Wikipédia Deux options pour le nucléaire Les ingénieurs ont conçu deux principaux types de systèmes nucléaires pour les voyages spatiaux. La première est appelée propulsion nucléaire thermique. Ces systèmes sont très puissants et moyennement efficaces. Ils utilisent un petit réacteur à fission nucléaire – similaire à ceux trouvés dans les sous-marins nucléaires – pour chauffer un gaz, tel que l'hydrogène, et ce gaz est ensuite accéléré à travers une buse de fusée pour fournir une poussée. Les ingénieurs de la NASA estiment qu'une mission vers Mars propulsée par la propulsion nucléaire thermique serait 20 à 25 % plus courte qu'un voyage sur une fusée à propulsion chimique. Les systèmes de propulsion thermique nucléaire sont plus de deux fois plus efficaces que les systèmes de propulsion chimique – ce qui signifie qu'ils génèrent deux fois plus de poussée en utilisant la même quantité de masse propulsive – et peuvent fournir 100 000 Newtons de poussée. C'est assez de force pour faire passer une voiture de 0 à 100 km / h en environ un quart de seconde. Le deuxième système de fusée nucléaire est appelé propulsion électrique nucléaire. Aucun système électrique nucléaire n'a encore été construit, mais l'idée est d'utiliser un réacteur à fission de haute puissance pour produire de l'électricité qui alimenterait ensuite un système de propulsion électrique comme un propulseur Hall. Ce serait très efficace, environ trois fois mieux qu'un système de propulsion nucléaire thermique. Étant donné que le réacteur nucléaire pourrait créer beaucoup d'énergie, de nombreux propulseurs électriques individuels pourraient être actionnés simultanément pour générer une bonne quantité de poussée. Les systèmes électriques nucléaires seraient le meilleur choix pour les missions à très longue portée car ils ne nécessitent pas d’énergie solaire, ont un rendement très élevé et peuvent donner une poussée relativement élevée. Mais si les fusées nucléaires électriques sont extrêmement prometteuses, il reste encore beaucoup de problèmes techniques à résoudre avant leur mise en service. Vue d'artiste de ce à quoi pourrait ressembler un vaisseau thermique nucléaire construit pour emmener des humains sur Mars. John Frassanito & Associates/Wikipedia Pourquoi n'y a-t-il pas encore de fusées à propulsion nucléaire ? Les systèmes de propulsion nucléaire thermique ont été étudiés depuis les années 1960 mais n'ont pas encore volé dans l'espace. Les réglementations imposées pour la première fois aux États-Unis dans les années 1970 exigeaient essentiellement un examen et une approbation au cas par cas de tout projet spatial nucléaire de la part de plusieurs agences gouvernementales et l'approbation explicite du président. Avec un manque de financement pour la recherche sur les systèmes de fusées nucléaires, cet environnement a empêché d'autres améliorations des réacteurs nucléaires pour une utilisation dans l'espace. Tout a changé lorsque l'administration Trump a publié un mémorandum présidentiel en août 2019. Tout en défendant la nécessité de maintenir les lancements nucléaires aussi sûrs que possible, la nouvelle directive permet aux missions nucléaires avec des quantités inférieures de matières nucléaires de sauter le processus d'approbation multi-agences. Seule l'agence sponsor, comme la NASA par exemple, doit certifier que la mission respecte les recommandations de sécurité. Les missions nucléaires plus importantes passeraient par le même processus qu'auparavant. Parallèlement à cette révision de la réglementation, la NASA a reçu 0 million de dollars dans le budget 2019 pour développer la propulsion nucléaire thermique. La DARPA développe également un système spatial de propulsion thermique nucléaire pour permettre des opérations de sécurité nationale au-delà de l'orbite terrestre. Après 60 ans de stagnation, il est possible qu'une fusée à propulsion nucléaire se dirige vers l'espace d'ici une décennie. Cette réalisation passionnante inaugurera une nouvelle ère de l'exploration spatiale. Les gens iront sur Mars et les expériences scientifiques feront de nouvelles découvertes dans tout notre système solaire et au-delà. (Vous êtes trop occupé pour tout lire. Nous comprenons. C'est pourquoi nous avons une newsletter hebdomadaire. Inscrivez-vous pour une bonne lecture du dimanche.) Cet article est republié à partir de The Conversation, un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées d'universitaires. experts. Il a été écrit par : Iain Boyd, Université du Colorado Boulder. Lire la suite : Peu importe le Falcon 9 de SpaceX, où est mon Millennium Falcon ?Comment SpaceX a-t-il réduit ses coûts et réduit les barrières à l'espaceExtraire la lune pour du carburant de fusée pour nous amener sur Mars Iain Boyd reçoit des fonds des sources suivantes, rien de tout cela n'est lié à la propulsion spatiale : Bureau de la recherche navale Lockheed-Martin Northrop-Grumman L3-Harris



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