Déjà aux premiers stades du développement de l'industrie des fusées et de l'espace, les premières propositions d'utilisation de diverses technologies nucléaires sont apparues. Diverses technologies et unités ont été proposées et élaborées, mais seules certaines d'entre elles ont atteint un fonctionnement réel. À l'avenir, l'introduction de solutions fondamentalement nouvelles est attendue.
Le premier dans l'espace
En 1954, le premier générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG ou RTG) est créé aux USA. L'élément principal d'un RTG est un isotope radioactif qui se désintègre naturellement avec la libération d'énergie thermique. À l'aide d'un thermoélément, l'énergie thermique est convertie en énergie électrique, qui est fournie aux consommateurs.
Le principal avantage du RTG est la possibilité d'un fonctionnement à long terme avec des caractéristiques stables et sans entretien. La durée de vie est déterminée par la demi-vie de l'isotope sélectionné. Dans le même temps, un tel générateur se caractérise par un faible rendement et une faible puissance de sortie, et nécessite également une protection biologique et des mesures de sécurité appropriées. Cependant, les RTG ont trouvé une application dans un certain nombre de domaines avec des exigences particulières.
En 1961 aux USA un RTG de type SNAP 3B a été créé avec 96 g de plutonium-238 dans une capsule. La même année, le satellite Transit 4A, équipé d'un tel générateur, est mis en orbite. Il est devenu le premier vaisseau spatial en orbite terrestre à utiliser l'énergie de fission nucléaire. En 1965, l'URSS a lancé le satellite Kosmos-84, son premier appareil Orion-1 RTG utilisant du polonium-210.
Par la suite, les deux superpuissances ont activement utilisé les RTG pour créer une technologie spatiale à diverses fins. Par exemple, un certain nombre de rovers martiens au cours des dernières décennies ont été alimentés par la désintégration d'éléments radioactifs. De même, l'alimentation électrique des missions s'éloignant du Soleil est assurée.
Depuis plus d'un demi-siècle, les RTG ont prouvé leurs capacités dans un certain nombre de domaines, notamment. dans l'industrie spatiale, bien qu'ils restent un outil spécialisé pour des tâches spécifiques. Cependant, dans un tel rôle, les générateurs de radio-isotopes contribuent au développement de l'industrie, de la recherche, etc.
Fusée nucléaire
Peu de temps après le début des programmes spatiaux, les principaux pays ont commencé à résoudre le problème de la création d'un moteur de fusée nucléaire. Différentes architectures ont été proposées avec différents principes de fonctionnement et différents avantages. Par exemple, dans le projet américain Orion, un vaisseau spatial a été proposé qui utilise une onde de choc d'ogives nucléaires de faible puissance pour accélérer. En outre, des conceptions d'un look plus familier étaient en cours d'élaboration.
Dans les années cinquante et soixante, la NASA et des organisations apparentées ont développé le moteur NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Son composant principal était un réacteur nucléaire à cycle ouvert. Le fluide de travail sous forme d'hydrogène liquide devait être chauffé du réacteur et éjecté par la tuyère, créant une poussée. Un moteur nucléaire de ce type était supérieur en termes de performances de conception aux systèmes de combustible chimique traditionnels, bien qu'il soit plus dangereux en fonctionnement.
Le projet NERVA a été mis à l'épreuve de divers composants et de l'ensemble de l'ensemble. Lors des essais, le moteur a été mis en marche 28 fois et a fonctionné pendant près de 2 heures. Les caractéristiques ont été confirmées; il n'y avait pas de problèmes importants. Cependant, le projet n'a pas été développé davantage. Au tournant des années soixante et soixante-dix, le programme spatial américain a été sérieusement réduit et le moteur NERVA a été abandonné.
Au cours de la même période, des travaux similaires ont été menés en URSS. Un projet prometteur proposait l'utilisation d'un moteur avec un réacteur qui chauffe le fluide de travail sous forme d'hydrogène liquide. Au début des années soixante, un réacteur a été créé pour un tel moteur, et plus tard les travaux ont commencé sur le reste des unités. Pendant longtemps, les tests et le développement de divers appareils se sont poursuivis.
Dans les années 70, le moteur RD-0410 fini a passé une série de tests de mise à feu et a confirmé les principales caractéristiques. Cependant, le projet n'a pas été développé davantage en raison de sa complexité et de ses risques élevés. L'industrie nationale des fusées et de l'espace a continué à utiliser des moteurs "chimiques".
Remorqueurs spatiaux
Au cours d'autres travaux de recherche et de conception aux États-Unis et dans notre pays, ils sont parvenus à la conclusion qu'il n'était pas opportun d'utiliser des moteurs de type NERVA ou RD-0410. En 2003, la NASA a commencé à tester une architecture fondamentalement nouvelle pour un vaisseau spatial avec une centrale nucléaire. Le projet s'appelait Prométhée.
Le nouveau concept proposait la construction d'un vaisseau spatial avec à son bord un réacteur à part entière, fournissant de l'électricité, ainsi qu'un moteur à réaction ionique. Un tel appareil pourrait trouver une application dans des missions de recherche à longue distance. Cependant, le développement de "Prometheus" s'est avéré être d'un coût prohibitif et les résultats n'étaient attendus que dans un avenir lointain. En 2005, le projet a été fermé faute de perspectives.
En 2009, le développement d'un produit similaire a commencé en Russie. Le « Transport and Power Module » (TEM) ou « space tug » doit recevoir une centrale nucléaire d'une classe mégawatt couplée à un moteur ionique ID-500. L'engin spatial est proposé pour être assemblé en orbite terrestre et utilisé pour le transport de diverses charges, l'accélération d'autres engins spatiaux, etc.
Le projet TEM est très complexe, ce qui affecte son coût et son calendrier. De plus, il y avait de nombreux problèmes d'organisation. Néanmoins, au milieu des dixièmes, des composants individuels du MET ont été retirés pour être testés. Les travaux se poursuivent et pourraient conduire à l'avenir à l'émergence d'un véritable « remorqueur spatial ». La construction d'un tel appareil est prévue pour la seconde moitié des années vingt; mise en service - en 2030
En l'absence de difficultés sérieuses et de la réalisation en temps voulu de tous les plans, le TEM peut devenir le premier produit au monde de sa catégorie mis en service. Dans le même temps, il existe une certaine marge de temps, tout en excluant la possibilité d'une apparition opportune de concurrents.
Perspectives et limites
Les technologies nucléaires sont d'un grand intérêt pour l'industrie des fusées et de l'espace. Tout d'abord, les centrales électriques de différentes classes peuvent être utiles. Les RTG ont déjà trouvé une application et sont fermement ancrés dans certains domaines. Les réacteurs nucléaires à part entière ne sont pas encore utilisés en raison de leurs grandes dimensions et de leur masse, mais des développements existent déjà sur les navires dotés de tels équipements.
Depuis plusieurs décennies, les grandes puissances spatiales et nucléaires ont élaboré et testé en pratique un certain nombre d'idées originales, déterminé leur viabilité et trouvé les principaux domaines d'application. De tels processus se poursuivent à ce jour et, probablement, donneront bientôt de nouveaux résultats de nature pratique.
Il est à noter que les technologies nucléaires ne se sont pas généralisées dans le domaine spatial et que cette situation ne devrait pas changer. En même temps, ils s'avèrent utiles et prometteurs dans certains domaines et projets. Et c'est dans ces niches que le potentiel disponible se réalise déjà.
