Les États-Unis prévoient de lancer un vaisseau spatial à propulsion par fission nucléaire pour survoler Mars fin 2028

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis fait progresser la mission « Réacteur spatial-1 Freedom » (SR-1 Freedom), dont l'objectif est de lancer un vaisseau spatial à propulsion par fission nucléaire fin 2028 afin de valider la technologie de propulsion nucléaire électrique pour l'espace lointain. Selon les documents de mission disponibles, cette mission prévoit de survoler Mars en 2029 et de déployer la charge utile « Chute du ciel » (SkyFall).

Le SR-1 « Freedom » n'est ni un vaisseau à fusion, ni un vaisseau martien habité. Son essai principal consiste à faire fonctionner de manière coordonnée un petit réacteur à fission d'uranium, un système de conversion d'énergie et des propulseurs à effet Hall au-delà de l'orbite terrestre, afin d'accumuler des données d'ingénierie pour de futures missions en espace lointain de plus grande puissance.

Le vaisseau devrait avoir une masse d'environ 12 tonnes. Le combustible du réacteur utilise de l'uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU), avec une puissance électrique nominale d'environ 20 kilowatts. La chaleur produite par le réacteur sera convertie en électricité via un système à cycle de Brayton fermé, qui alimentera ensuite le système de propulsion électrique. Contrairement aux centrales nucléaires terrestres, le vaisseau spatial ne peut pas compter sur de grandes quantités d'eau pour évacuer la chaleur ; il doit donc dissiper la chaleur résiduelle dans le vide spatial au moyen de panneaux radiants.

Le Centre de recherche Glenn de la NASA participe à l'avancement de ce projet. L'équipe du projet prévoit de réutiliser certains éléments de puissance et de propulsion initialement développés pour la station spatiale lunaire « Passerelle » (Gateway), tout en s'appuyant sur les bases techniques accumulées lors d'essais antérieurs tels que le réacteur « Kilopower ». Les responsables du projet indiquent que les systèmes nucléaires ne dépendent pas de la lumière solaire et peuvent fournir une alimentation continue au vaisseau spatial dans l'environnement de l'espace lointain, loin du Soleil, un avantage difficile à remplacer pour les panneaux solaires.

Selon le concept de mission, le SR-1 « Freedom » démarrera son réacteur après avoir été placé sur une orbite d'évasion terrestre par une fusée chimique. Les documents indiquent que le réacteur ne sera pas activé sur le pas de tir ni pendant la phase d'ascension de la fusée, et qu'il devrait être démarré environ 48 heures après avoir quitté la Terre. Cette disposition contribue à réduire les risques de sûreté nucléaire pendant la phase de lancement, mais le combustible, les mécanismes de contrôle et la structure du réacteur doivent néanmoins passer les évaluations de sûreté dans les scénarios de vibrations de lancement, d'abandon de mission et d'accidents extrêmes.

La charge utile de la mission « Chute du ciel » comprend trois petits aéronefs à rotor développés à partir de la technologie de l'hélicoptère martien « Ingéniosité » (Ingenuity). Ces hélicoptères seront utilisés pour la reconnaissance aérienne de la surface martienne, équipés de caméras, de radars à pénétration de sol et d'instruments de mesure météorologique. Leurs missions comprennent la cartographie topographique, l'étude de zones d'exploration potentielles et la détection d'indices de glace d'eau souterraine.

La NASA a précédemment utilisé des générateurs à radioisotopes pour alimenter des sondes telles que « Voyager », « Nouveaux Horizons » (New Horizons), « Curiosité » (Curiosity) et « Persévérance » (Perseverance), mais ces dispositifs reposent sur la désintégration naturelle du plutonium-238 pour produire de la chaleur, sans impliquer de réaction de fission en chaîne contrôlée. Les États-Unis ont également envoyé le réacteur à fission SNAP-10A en orbite terrestre en 1965. L'importance du SR-1 « Freedom » réside dans le fait qu'il est prévu d'utiliser un réacteur à fission en fonctionnement pour alimenter la propulsion d'un vol interplanétaire au-delà de l'orbite terrestre.

Actuellement, fin 2028 reste une date cible de mission, ce qui ne signifie pas que le vaisseau spatial, le lanceur et les approbations de lancement nucléaire sont tous finalisés. Le SR-1 « Freedom » doit encore achever l'intégration du système, la validation du réacteur et du système de conversion d'énergie, la confirmation de la conception du contrôle thermique et du blindage, l'examen de sûreté du lancement ainsi que le développement de la charge utile. Si des étapes clés sont retardées, la mission pourrait devoir attendre la prochaine fenêtre de lancement martienne appropriée.