Ils ont à peine fait le tour de la Lune que déjà…

… La Nasa accélère vers Mars !
 
Pour tout vous dire, la Nasa teste actuellement un nouveau type de moteur au lithium. Il pourrait s’agir d’un moyen beaucoup plus efficace pour des missions habitées vers Mars, avec une importante réduction du temps de trajet.
Car pour prévoir une mission habitée sur Mars, parmi tous les défis technologiques et humains, il y a une variable clé : La durée du voyage !
Espérer envoyer des humains dans l’espace pendant plusieurs années, si loin de chez eux, et sans possibilité de revenir en urgence, même quand un membre d’équipage perd sa voix sans explication, semble extrêmement plus compliqué que de rapatrier toute une mission en l’écourtant depuis l’ISS.
 
C'est pourquoi la Nasa travaille sur différentes méthodes de propulsion qui pourraient réduire la durée de trajet, et dans un communiqué, l'Agence spatiale « ricaine » nous aura présenté sa dernière innovation : Un moteur au lithium !
Le même minéral « rare » qu’il y a dans votre batterie de téléphone-Pocket !
En réalité, ce type de solution est loin d’être nouvelle. Dès les années 1960, la Nasa travaillait déjà sur ces types de moteurs reposant sur l’utilisation d’un champ magnétique destiné à accélérer le plasma de lithium, et ainsi provoquer une poussée importante avec relativement peu de carburant utilisé.
Et pour résumer, le lithium est ici présent sous forme de gaz ionisé, ou plasma. Lorsqu’il interagit avec un champ magnétique et un courant électrique, il accélère et finit par s’échapper par une tuyère à la manière d’un moteur classique. Et la vitesse d’éjection dépend de la puissance du courant magnéto-électrique, la poussée étant le produit de la masse éjectée du gaz et de sa vitesse d’éjection en sortie de tuyère.
La Nasa annonce que des tests pratiqués le 24 février dernier lui ont fourni une avancée importante dans ce domaine. Un moteur de ce type, dit électromagnétique et fonctionnant à base de gaz de lithium a été allumé. Et il aurait atteint des niveaux de puissance jamais atteints sur d’autres tests aux États-Unis.
 
C’est que tout indique qu’une longue mission sur Mars serait périlleuse pour les humains : Une longue expédition humaine sur Mars serait a priori impossible, voire irréalisable selon une étude publiée l’année dernière. Les « chercheurs » ont soulevé le problème de rayonnements radioactifs naturels notamment émises par le Soleil, qui deviendraient mortelles sans la protection de l’atmosphère terrestre et compromettraient une colonisation à long terme de la Planète rouge…
Alors que toute l’attention du grand public est en ce moment dirigée vers la Lune avec l’avenir du programme Artémis et la construction future d’une base lunaire, le nouvel administrateur de la Nasa, Jared Isaacman, a remis les choses à plat : « À la Nasa, nous travaillons sur beaucoup de choses à la fois, et nous n'avons pas perdu Mars de vue. Les bonnes performances de notre moteur dans ce test montrent de réels progrès dans l’envoi d’astronautes américains pour se poser sur la Planète rouge. »
Ces tests ont consisté en cinq allumages du moteur. Cela a permis à l’électrode en tungstène placée au milieu de monter à une température de 2.800 degrés, et la puissance électrique a atteint les 120 kilowatts. Ce qui a été rendu possible grâce aux installations du JPL (Jet Propulsion Laboratory) qui permettent d’arriver à ces puissances et ces températures très élevées.
 
Ce type de moteur aurait un avantage certain sur les propulsions chimiques classiques, car il consommerait jusqu’à 90 % de carburant en moins pour des résultats équivalents. Mieux, il serait également bien plus rapide que d’autres moteurs électriques, comme celui utilisé sur la mission Psyche par exemple, qui repose sur l’énergie solaire.
Dans les tests réalisés au JPL, la puissance atteinte était 25 fois supérieure à celle de Psyche, qui est pourtant actuellement le moteur électrique le plus puissant en activité dans l’espace.
La Nasa espère atteindre les 500 kilowatts, voire jusqu'à 1 mégawatt avec de futurs tests.
Sachant que pour une mission humaine vers Mars, il faudrait une puissance entre 2 et 4 mégawatts et, surtout, des composants capables de résister à une importante chaleur sur de longues périodes d’utilisation.
 
Les défis techniques sont donc encore nombreux, mais en ligne de mire, il y a la possibilité d'un voyage sur Mars en à peine quelques mois, ce qui serait une avancée majeure pour ces futures missions.
Dans un contexte où Mars demeure l’objectif central des ambitions spatiales habitées, cette innovation s’inscrit dans une stratégie visant à réduire les contraintes de masse, de durée et de coût des missions interplanétaires.
Ce moteur magnétoplasmodynamique, ou MPD, ionise du lithium avant de l’accélérer grâce à des champs électromagnétiques. Ainsi, contrairement aux moteurs chimiques classiques, il ne repose pas sur une combustion et consomme jusqu’à 90 % de propergol en moins, un gain considérable pour toute mission vers Mars.
Ce changement d’échelle permet donc d’envisager des voyages plus longs, mais surtout plus massifs, un enjeu crucial pour transporter des équipages et du matériel.
Cependant, Mars impose des exigences extrêmes, et le lithium, malgré ses avantages, reste difficile à maîtriser.
Contrairement aux gaz nobles utilisés jusque-là, ce métal doit être chauffé jusqu’à l’état liquide puis vaporisé avant utilisation.
Lors des essais, les températures ont donc dépassé les 2.800 °C. Dans ce contexte, les ingénieurs ont dû concevoir des systèmes capables de résister à une corrosion intense et à des conditions thermiques extrêmes.
 
James Polk, senior au Jet Propulsion Laboratory, souligne l’importance de cette étape : « Concevoir et fabriquer ces propulseurs au cours des deux dernières années a constitué une longue préparation menant à ce premier test », a-t-il déclaré dans un communiqué de la NASA. De plus, l’enjeu ne se limite pas à la performance instantanée. Pour une mission vers Mars, ces moteurs devront fonctionner durant environ 23.000 heures avec une puissance comprise entre 2 et 4 mégawatts. Cette exigence souligne la complexité du passage du prototype à un système opérationnel.
 
En réduisant drastiquement la quantité de carburant nécessaire, le moteur au lithium permet d’augmenter la charge utile. Cela signifie davantage d’équipements scientifiques, mais aussi des infrastructures vitales pour des missions habitées.
Dans cette perspective, la NASA envisage déjà des versions plus puissantes. Les prochains tests pourraient atteindre 500 kilowatts, voire 1 mégawatt.
Ce saut technologique constituerait une étape intermédiaire vers les 2 à 4 mégawatts nécessaires pour une mission humaine vers Mars. Par conséquent, cette montée en puissance progressive s’inscrit dans une feuille de route claire et ambitieuse. En parallèle, l’intégration d’une source d’énergie nucléaire apparaît comme une solution incontournable.
Effectivement, il faut pouvoir vaporiser le lithium…
 
Ainsi, la NASA précise que ces systèmes, une fois pleinement développés, pourraient « permettre de réduire la masse au lancement et de prendre en charge les charges utiles nécessaires aux missions habitées vers Mars ». Cette combinaison entre lithium et énergie nucléaire pourrait ainsi réduire significativement le temps de trajet, potentiellement à quelques mois, tout en améliorant la sécurité des astronautes.
Enfin, cette innovation possède également un avantage économique non négligeable : Le lithium, relativement abondant sur Terre, offre une alternative plus accessible que le xénon, traditionnellement utilisé dans les moteurs ioniques.
Ce facteur pourrait faciliter l’industrialisation de la propulsion électrique à grande échelle, condition essentielle pour rendre les missions vers Mars viables sur le long terme.
 
Mais les recherches ne se contentent pas de chercher le meilleur propulseur : Il s’agit également de trouver la meilleure trajectoire, autre qu’un transfert d’orbite autour du Soleil.
Et si pour aller sur Mars on coupait par les astéroïdes ?
L’idée peut sembler contre-intuitive, mais elle pourrait bien révolutionner l’exploration spatiale : En utilisant ces petits corps célestes comme des tremplins gravitationnels, des chercheurs proposent une nouvelle manière de voyager dans le Système solaire plus rapide, plus efficace, et peut-être décisive pour les futures missions habitées.
 
Actuellement, les trajectoires reposent principalement sur des routes relativement directes entre la Terre et Mars (appelées transferts de Hohmann), optimisées pour limiter la consommation de carburant. On considère ainsi des voyages d’environ six à neuf mois dans le meilleur des cas.
Ce délai n’est pas anodin : Plus le trajet est long, plus les astronautes sont exposés aux radiations cosmiques et aux effets délétères de l’absence de gravité. À cela s’ajoute la nécessité d’emporter des réserves importantes en nourriture, en eau et en oxygène, ce qui alourdit considérablement les missions et fait grimper les coûts.
L’humain reste avant tout une usine à kaka qu’il faut faire survivre dans des conditions extrêmes…
Mais entre contraintes budgétaires, défis technologiques et risques humains, le calendrier reste incertain : Réduire la durée du voyage apparaît donc comme l’un des leviers majeurs pour rendre ces missions plus viables.
Ainsi, une nouvelle étude propose une stratégie originale : Utiliser certains astéroïdes comme points d’appui pour se propulser vers Mars. Plutôt que de suivre une trajectoire directe, ses auteurs explorent des itinéraires qui pourraient tirer parti de la gravité combinée de plusieurs objets célestes.
 
Le principe s’apparente aux assistances gravitationnelles déjà utilisées pour des missions lointaines, notamment vers les planètes externes, mais appliquées ici à une échelle plus fine : Les astéroïdes, bien que de taille modeste, possèdent une gravité suffisante pour influencer légèrement la trajectoire d’un vaisseau.
En enchaînant ces interactions de manière optimale, il serait possible de modifier la vitesse et la direction du vaisseau en limitant la consommation de carburant.
 
Et pour identifier ces trajectoires, les « trouveurs » ont utilisé des modèles mathématiques complexes issus de la mécanique céleste. En cartographiant ces nouvelles routes gravitationnelles, ils mettent en évidence des chemins potentiellement plus rapides ou plus économes en énergie que les routes classiques. Cette approche repose donc sur l’identification d’astéroïdes dont les orbites croisent ou s’approchent de celles de la Terre et de Mars à des moments favorables. Le défi consiste alors à synchroniser parfaitement le lancement et les différentes étapes du voyage.
Si cette méthode se confirme, elle pourrait transformer en profondeur les voyages vers la Planète rouge. Une première étude met d’ailleurs en avant une fenêtre en 2031, qui semble particulièrement favorable.
 
Dans cette configuration, des missions aller-retour vers Mars pourraient être nettement plus rapides que celles envisagées aujourd’hui. Selon les scénarios proposés, le trajet aller pourrait être réduit à 33 jours dans une version très ambitieuse, ou environ 56 jours dans une version plus réaliste.
Au total, la mission complète (l’aller, le séjour et le retour) pourrait durer entre 150 et 226 jours, contre souvent plus de 500 jours avec les architectures classiques.
Et les implications sont loin d’être anodines : Des voyages plus courts réduiraient l’exposition aux radiations et les besoins en ressources, tout en permettant des missions avec des séjours plus brefs sur Mars.
Ces trajectoires prometteuses restent cependant difficiles à mettre en œuvre : Elles exigent une précision de navigation extrême, car la moindre erreur peut compromettre l’ensemble du parcours. Leur complexité rend de plus la planification et le pilotage plus délicats que pour les trajectoires classiques.
Surtout, les gains de temps reposent sur des vitesses élevées, probablement hors de portée des systèmes de propulsion actuels, ce qui suppose la maîtrise de technologies encore en développement.
Enfin, ces itinéraires offrent moins de marges de sécurité en cas d’imprévu, un enjeu majeur pour des missions habitées.
Malgré cela, cette approche esquisse une nouvelle manière de naviguer dans le Système solaire, en s’appuyant sur de véritables « routes dynamiques ». Une piste qui reste encore à explorer davantage, mais qui pourrait à terme rapprocher les missions habitées vers Mars de la réalité.
 
Et c’est d’ailleurs l’un des buzz du moment : La Nasa envisagerait à nouveau et rapidement de développer un programme de propulsion nucléaire thermique pour aller sur Mars à l’horizon des années 2030. Un premier test dans l’espace pourrait d’ailleurs être dans les prochains mois, au moment où la Nasa est censée reposer le pied sur la Lune avec la mission Artemis.
L’administration « Trompe-le-clown » pousserait ainsi à atteindre Mars le plus vite possible. Et ce, dans tous les sens du terme car, et ce n’est un secret pour personne depuis 60 ans au moins, la propulsion nucléaire, qu’elle soit thermique ou électrique, permettrait de raccourcir les temps de trajets pour déposer des Hommes sur Mars ou pour explorer les lunes glacées de Jupiter, par exemple, avec une mission qui ne serait pas sans rappeler celle mise en scène par Arthur Clarke et Stanley Kubrick dans « 2001 :  L’odyssée de l’espace ».
 
Les avantages seraient en fait nombreux car un temps de trajet plus court signifie aussi un moindre risque de développer un cancer du fait d’une durée d’exposition importante aux rayonnements cosmiques galactiques et aux radiations des tempêtes solaires – des bulles magnétiques de protection pourraient tout de même être utilisables –, cela entraîne aussi moins de problèmes avec les effets de la microgravité et un moindre risque aussi – mais d’un point de vue psychologique voire social – pour les membres d’une mission martienne d’une durée autrement plus longue avec une propulsion conventionnelle.
Un moteur nucléaire, c’est aussi plus d’opportunités pour des fenêtres avec transferts d’orbites à la Hohmann entre Mars et la Terre qui seraient moins favorables, toujours avec l’emploi de fusées chimiques et ça devient une nécessité avec l’usage du lithium (cf. ci-avant).
 
Pour comprendre vraiment pourquoi la propulsion nucléaire est potentiellement supérieure à la propulsion avec des réacteurs chimiques, il faut en revenir à la célèbre équation de Tsiolkovski, l’un des pères de l’astronautique. Elle relie la vitesse d’éjection d’une fusée à la vitesse que l’on veut atteindre et au rapport entre la masse initiale, carburant et charge utile compris, et la masse finale après l’arrêt de l’éjection.
Son message est clair : Plus la vitesse d’éjection est élevée, plus on peut faire atteindre une vitesse importante avec du carburant pour une charge utile. Si on veut aller sur Mars ou visiter le Système solaire rapidement avec une sonde ou un module habité de grande taille, il faut donc un moteur qui éjecte le plus rapidement possible de la matière et avec une source d’énergie qui est la plus concentrée possible pour une masse donnée, très souvent du carburant.
On trouve aussi que la vitesse d’éjection V d’une fusée est proportionnelle à la racine carrée du rapport de la température T du gaz éjecté sur la masse des particules du gaz M, on a donc V = (T/M)1/2.
Fastoche…
 
Mais la température ne peut être supérieure au point de fusion des parois du moteur fusée (quelques milliers de degrés kelvins) et il est alors possible de jouer sur la masse des particules éjectées. On peut donc se convaincre qu’au lieu d’utiliser la combustion avec de l’oxygène O₂, utiliser uniquement de l’hydrogène moléculaire H₂ chauffée à haute température dans un réacteur nucléaire permet d’atteindre des vitesses plus élevées qu’avec une réaction produisant par exemple de la vapeur d’eau H₂O (M = 18 en unités de masse molaire) avec, en bonus, une source d’énergie très dense, l’uranium du réacteur.
On peut faire encore mieux avec un réacteur nucléaire qui serait utilisé pour produire de l’électricité, électricité servant à accélérer à très hautes vitesses des atomes ou des molécules ionisées, ce qui là aussi permet d’atteindre de grandes vitesses pour une charge utile importante avec peu de carburant, comme c’est le principe du moteur ionique qui fonctionne au xénon.
Et celui au lithium, dont il est question ci-avant.
Reste qu’il n’est pas question de décoller de la Terre directement avec un réacteur nucléaire. Il ne s’agit pas d’une bombe nucléaire mais une explosion au sol contaminerait durablement un pas de tir. Et il n’est pas évident non plus de lancer un réacteur en orbite avec une fusée chimique, car il n’est certainement pas du goût de tout le monde de prendre le risque de recevoir des matériaux radioactifs sur la tête à la suite d’un accident. Déjà, les satellites-espions de l’ère soviétique chargés au plutonium faisaient râler quand ils tombaient un peu n’importe où sans être totalement consumés…
 
Comme vous le constatez, ça turbine du neurone, mais aucune solution n’est encore arrêtée.
Une épopée particulièrement intéressante à suivre dans les années à venir…
On se devait d’en faire un écho dans cette rubrique hebdomadaire.
 
Bon début de semaine… courte, à toutes et à tous !
 
I³
 
Pour mémoire (n’en déplaise à « Pal-Poux-tine ») : LE PRÉSENT BILLET A ENCORE ÉTÉ RÉDIGÉ PAR UNE PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA DE MASSE « NON RUSSE », REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE » !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)