Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

[Geb]

Bonjour,

Malgré l'importance du sujet, j'ai négligé quelque peu cette discussion ces dernières années et je m'en excuse.

Tout d'abord, petit rappel :

En juin 2010, un décret du président russe Dmitri Medvedev accordait un investissement de 17 milliards de roubles pour la conception d’un module de transport spatiale à propulsion nucléo-électrique satellisable dès 2020.

De ces fonds, Rosatom recevait 7,245 milliards de roubles (~190 M€) pour la conception du réacteur lui-même, le Centre de Recherche Keldysh recevait 3,955 milliards de roubles (~104 M€) pour la conception d’un propulseur à effet Hall adapté à ce réacteur, et la société RKK Energia recevait 5,8 milliards de roubles (~152 M€) pour la conception du module de transport spatial proprement dit.

Je viens de m'intéresser à nouveau aux derniers développements à ce sujet et j'ai trouvé un article (en russe) daté de l'année dernière qui ajoute que RKK Energia se chargera aussi de l’étude des aménagements nécessaires des soutes des lanceurs russes Proton et/ou Angara :

Conception préliminaire achevée du module d'énergie basé sur l'énergie nucléaire pour le transport spatial

Cordialement.
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[Geb]

Pour être tout à fait complet, voici l'article de Российская Газета, daté du 3 octobre 2012, d'où je tire la répartition du budget citée plus haut :

Remorqueur en apesanteur

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Il y a une modélisation en trois dimensions du réacteur nucléaire sur le nouveau site internet du NIKIET

Générateur nucléaire spatial

Cordialement.

[Carcharodon]

Bonjour,

Malgré l'importance du sujet, j'ai négligé quelque peu cette discussion ces dernières années et je m'en excuse.

vu l'état du spatial russe depuis, de toute façon...
C'est bien beau tout ces projets, mais ils n'ont pas grand rapport avec la réalité technologique ni, surtout, budgétaire...

[cancerman]

Salut Carcharodon

Je pense comme toi, l'économie russe est une économie de transition, beaucoup d'inégalité en Russie, la plupart des fonds publics sont versés aux forces de la fédération de Russie.

Pour ma part je crois pas que l'essor spatial viendra des Russes mais plutôt des Chinois ou des Indiens.

Alors que l'Europe s'entête à envoyer des gens dans l'ISS en se servant des fonds publics les autres Etats émergents visent la la lune et Mars.

[Carcharodon]

la chine et l'inde ont plusieurs décénnies de retard sur l'ESA et la NASA et c'est pas prêt de changer...
Rappelons que la longue marche est un soyuz modifié, dont une grande partie des composants a été acheté sur l'étagère.
Le spatial chinois actuel n'est qu'un outil de propagande, juste de la poudre aux yeux.

Ariane 6 a de beaux jours devant elle.
Sachant qu'elle a été conçue justement pour "devenir rentable", tout en conservant sa prédominance sur le marché.

Tu parles de fond public, a ton avis, au niveau des chinois et des indiens, y a des financements privés ?

[Svenn]

@cancerman
C'est oublier un peu vite les missions Herschell, Rosetta, Planck, Gaia... A part les USA aucune autre puissance n'a réalisé de missions spatiales de ce niveau. Je préfère d'ailleurs largement que l'ESA mène à bien JUICE et LISA plutôt qu'elle développe un énième système pour envoyer des astronautes en orbite basse.

[Carcharodon]

tout a fait, Svenn.
C'est effectivement sur ces performances qu'on voit bien la différence conséquente de niveau, là ou la poudre aux yeux des chinois n'existe plus.

PS : herschel et planck, c'est l'ESA pas la NASA

[Geb]

vu l'état du spatial russe depuis, de toute façon...
C'est bien beau tout ces projets, mais ils n'ont pas grand rapport avec la réalité technologique ni, surtout, budgétaire...

Je ne suis pas du tout d'accord avec toi. Je crois que le choix malheureux du titre à tendance à t'induire en erreur. Même si les Russes ont annoncé en 2009 que ce projet visait à terme à développer des générateurs nucléaires de plusieurs mégawatts de puissance électrique suscpetibles d'alimenter des propulseurs nucléo-électriques pour un voyage habité vers Mars, le projet présenté ici (une fois les détails techniques révélés il y a 2 ans) est bien moins ambitieux à court terme (d'ici 2018) et beaucoup plus proche de la "réalité technologique et budgétaire" pour reprendre les termes que tu as employé.

En fait, le générateur actuellement développé en Russie vise une puissance électrique de 1 MW (3,5 MW thermique) et prendra la forme (au début) d'un remorqueur orbital équipé de moteurs à effet Hall pour assurer le transit entre l'orbite basse et l'orbite géostationnaire. La révolution, c'est le rapport puissance poids, puisque l'ensemble chassis, propulseurs et générateur ne devrait pas peser plus de 15 tonnes (en l'absence de carburant évidemment). À plus long terme, les Russes envisagent d'équiper des sondes destinées à l'espace vers le système jupitérien et au-delà.

Ceux qui comme moi se sont un peu intéressés à la réalité technologique en ce qui concerne les générateurs nucléaires destinés au spatial savent à quel point un tel générateur de forte puissance serait utile à l'exploration spatiale, surtout en matière de sondes interplanétaires.

Cordialement.

[Geb]

Je voudrais également ajouter qu'en matière de générateurs nucléaires destinés au spatial, les applications ont été vraiment minimes jusqu'ici, toutes agences spatiales confondues.

Donc, plutôt que de déterminer qui de la Chine, de la Russie, des États-Unis, de l'Inde, de l'Europe ou je ne sais quel autre acteur du spatial, à la plus longue, je vous suggère de vous réjouir que la Russie ait relancé un programme de recherche dans le domaine des générateurs nucléaires.

[Svenn]

Qu'est ce qui est prévu pour sauver le générateur en cas d'échec du lancement ce qui est rare mais qui arrive néanmoins encore relativement souvent y compris avec les Soyouz ?

[Carcharodon]

Qu'est ce qui est prévu pour sauver le générateur en cas d'échec du lancement ce qui est rare mais qui arrive néanmoins encore relativement souvent y compris avec les Soyouz ?

Disons même carrément que les soyuz/proton ont essuyé la plus grande série d'échecs de l'histoire spatiale, ces dernières années...
Et depuis la crise de crimée, la bourse russe n'arrête pas de descendre, plus de 15% de perte depuis le début de l'intervention russe.
Donc industrie déliquescente et plus de sous.
C'est ça l'état du spatial russe.
Après, les rêveurs continueront à rêver, comme d'hab...

[Moinsdewatt]

Qu'est ce qui est prévu pour sauver le générateur en cas d'échec du lancement ce qui est rare mais qui arrive néanmoins encore relativement souvent y compris avec les Soyouz ?

C'est le lanceur Proton qui a eu plusieurs echecs.

[Moinsdewatt]

L' echec le plus mémorable du Proton étant celui ou il a la tête à l' envers moins de une minute après le lancement .....

[Geb]

Bonjour à tous,

Encore une fois, au risque de passer pour un rêveur ou pour un ignare (à vous d'infirmer ou de confirmer ces qualificatifs dans votre prochaine réponse), je vais aller à l'encontre des propos de Charcharodon.

Je rappelle tout de même qu’à ma connaissance, la dernière satellisation d’un réacteur nucléaire destiné au milieu spatial remonte au satellite espion soviétique Cosmos 1932, qui a été satellisé le 14 mars 1988 depuis le cosmodrome de Baïkonour.

Depuis lors, on a utilisé des générateurs thermo-électriques à radio-isotope qui contiennent, pour la très grande majorité d’entre eux, du plutonium 238, ou à la rigueur du dioxyde de plutonium 238. L'utilisation de l'américium 241 n'est qu'en projet chez les Américains.

Or, la radiotoxicité du plutonium 238 est sans commune mesure avec la radiotoxicité de l’uranium 235 utilisé dans les réacteurs nucléaires satellisés durant la guerre froide.

Le réacteur nucléaire spatial envisagé par les Russes pour la période 2018-2020 utiliserait lui aussi de l’uranium 235 avec une demi-vie, je le rappelle, de plus de 700 millions d’années, contre 86 ans pour le plutonium 238.

Or, en cas d’accident et de rentrée du réacteur dans l’atmosphère, les dégâts seraient, à mon avis, minimes par rapport aux risques sur l’environnement encourus si n’importe quelle sonde utilisant un ou des RTG était retombée accidentellement dans l’atmosphère terrestre (parmi lesquelles Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, New Horizons et Mars Science Laboratory). Si on a accepté les risques pour les sondes précédentes, je ne vois pas sur quelles bases rationnelles on devrait écarter la satellisation du réacteur russe.

Aussi, je n’ai pas encore lu de détails techniques sur le taux d’enrichissement de l’uranium 235 qui devrait alimenté le réacteur projeté par les Russes. Il pourrait être de 90% (taux d'enrichissement classique dans le domaine à l'époque soviétique), mais aussi de "seulement" 30% (j'ai vu des projets de la NASA en ce sens).

Cordialement.

[Geb]

Le réacteur nucléaire spatial envisagé par les Russes pour la période 2018-2020 utiliserait lui aussi de l’uranium 235.

Je parlé un peu vite sur le coup. Si j'en réfère au message #21 de cette discussion, le combustible embarqué sera de l'uranium 238 (demi-vie de ~4,5 milliards d'années) "hautement enrichi".

Ça ne change absolument rien de l'opinion que j'exposais plus haut sur la radiotoxicité RTG contre réacteur, bien au contraire.

Cordialement.

[Geb]

Le lien vers l'article en russe présenté au message #21 étant mort, voici un nouveau lien vers le même article :

Вместо сердца плазменный мотор

Cordialement.

[jacquolintégrateur]

Ceux qui comme moi se sont un peu intéressés à la réalité technologique en ce qui concerne les générateurs nucléaires destinés au spatial savent à quel point un tel générateur de forte puissance serait utile à l'exploration spatiale, surtout en matière de sondes interplanétaires.

Bonjour
Non seulement utile mais indispensable. Carcharodon a, peut-être, raison de qualifier de "Rève" l'idée (dont je suis résolument un suporter !!!) de voir l' espace "démocratisé" et livré à l'exploration (plutôt, selon moi, qu'à la colonisation humaine) mais, ce qui est certain, c'est qu'une telle étape, dans l'histoire du genre humain, implique inexorablement la maîtrise de sources d'énergie d'une puissance spécifique atteignant plusieurs milliers de fois celle des sources conventionnelles, et, pour lesquelles, nous ne trouvons, dans l'état actuelle de nos connaissances, que l'énergie nucléaire ou l'énergie solaire (supposant le recours aux faisceaux d'énergie). Ou nous admettons c'et axiome ou le rêve deviendra un cauchemar !!! (cf. Mars One !!!)
Cordialement

[Bluedeep]

Le lien vers l'article en russe présenté au message #21 étant mort, voici un nouveau lien vers le même article :

Вместо сердца плазменный мотор

Cordialement.

Lien qui ne présente pas le moindre intérêt pour l'écrasante majorité des gens qui ne parlent pas cette langue d'usage pour le moins marginal.

[Geb]

Lien qui ne présente pas le moindre intérêt pour l'écrasante majorité des gens qui ne parlent pas cette langue d'usage pour le moins marginal.

J'en conviens (bien qu'un habitué des voyages en Europe de l'Est tel que moi n'utiliserait pas le terme marginal pour qualifier l'usage de la langue russe), mais j'ai pourtant fait l'effort de traduire l'essentiel des parties importantes du texte (du moins dans le cadre de cette discussion) au message #21. Je ne vois pas ce que je pourrais faire de plus. Tu as une idée ?

Il m'a paru important, conformément à la Charte du forum que j'ai signé, de citer mes sources.

Cordialement.

[Geb]

Non seulement utile mais indispensable. Carcharodon a, peut-être, raison de qualifier de "Rève" l'idée (dont je suis résolument un suporter !!!) de voir l' espace "démocratisé" et livré à l'exploration (plutôt, selon moi, qu'à la colonisation humaine)

Carcharodon s'en défendra peut-être, mais il a lui aussi nourris des espoirs que l'on pourrait qualifier de "rêves" ailleurs sur le forum. Notamment en ce qui concerne les matériaux à mémoire de forme appliqués aux propulseurs aérobies.

En ce qui concerne la propulsion nucléaire, j'ai beaucoup apprécié la lecture de cette publication :

High energy-density propulsion—reducing the risk to humans in planetary exploration (Howe, 2001)

Cordialement.

[Vladzol]

Lien qui ne présente pas le moindre intérêt pour l'écrasante majorité des gens qui ne parlent pas cette langue d'usage pour le moins marginal.

Disons que le russe n'est jamais que la huitième langue du monde en terme de locuteurs natifs, loin devant le français qui compte plus de deux fois moins de locuteurs...

Merci Geb pour ce fil que je suis attentivement.

[Svenn]

Bonjour à tous,

Encore une fois, au risque de passer pour un rêveur ou pour un ignare (à vous d'infirmer ou de confirmer ces qualificatifs dans votre prochaine réponse), je vais aller à l'encontre des propos de Charcharodon.

Je rappelle tout de même qu’à ma connaissance, la dernière satellisation d’un réacteur nucléaire destiné au milieu spatial remonte au satellite espion soviétique Cosmos 1932, qui a été satellisé le 14 mars 1988 depuis le cosmodrome de Baïkonour.

Depuis lors, on a utilisé des générateurs thermo-électriques à radio-isotope qui contiennent, pour la très grande majorité d’entre eux, du plutonium 238, ou à la rigueur du dioxyde de plutonium 238. L'utilisation de l'américium 241 n'est qu'en projet chez les Américains.

Or, la radiotoxicité du plutonium 238 est sans commune mesure avec la radiotoxicité de l’uranium 235 utilisé dans les réacteurs nucléaires satellisés durant la guerre froide.

Le réacteur nucléaire spatial envisagé par les Russes pour la période 2018-2020 utiliserait lui aussi de l’uranium 235 avec une demi-vie, je le rappelle, de plus de 700 millions d’années, contre 86 ans pour le plutonium 238.

Or, en cas d’accident et de rentrée du réacteur dans l’atmosphère, les dégâts seraient, à mon avis, minimes par rapport aux risques sur l’environnement encourus si n’importe quelle sonde utilisant un ou des RTG était retombée accidentellement dans l’atmosphère terrestre (parmi lesquelles Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, New Horizons et Mars Science Laboratory). Si on a accepté les risques pour les sondes précédentes, je ne vois pas sur quelles bases rationnelles on devrait écarter la satellisation du réacteur russe.

Aussi, je n’ai pas encore lu de détails techniques sur le taux d’enrichissement de l’uranium 235 qui devrait alimenté le réacteur projeté par les Russes. Il pourrait être de 90% (taux d'enrichissement classique dans le domaine à l'époque soviétique), mais aussi de "seulement" 30% (j'ai vu des projets de la NASA en ce sens).

Cordialement.

Le principal problème, c'est qu'on a vu beaucoup de feu d'artifices dans le ciel de Baïkonour ces dernières années. Je ne suis pas contre les générateurs à isotope ou les réacteurs nucléaires dans l'espace mais il est évident que ça requiert une fiabilité bien plus élevée que pour un lancement standard. Au premier accident de ce type même si le réacteur retombait dans une région déserte sans faire de victime, ce serait le raz de marée médiatique et c'est l'ensemble de la technologie qui serait condamnée dans le monde.

[Geb]

Le principal problème, c'est qu'on a vu beaucoup de feu d'artifices dans le ciel de Baïkonour ces dernières années. Je ne suis pas contre les générateurs à isotope ou les réacteurs nucléaires dans l'espace mais il est évident que ça requiert une fiabilité bien plus élevée que pour un lancement standard. Au premier accident de ce type même si le réacteur retombait dans une région déserte sans faire de victime, ce serait le raz de marée médiatique et c'est l'ensemble de la technologie qui serait condamnée dans le monde.

Je suis parfaitement d'accord avec cette opinion. Ce que je souhaitais souligné, c'est qu'un isotope avec un demi-vie de 86 ans est bien plus dangereux pour l'environnement (en terme de radiotoxicité du moins) qu'un isotope avec une demi-vie de 4,5 milliards d'années.

Pourtant les RTG ont été utilisés malgré tout, et ils ont alimenté des missions fabuleuses dans l'histoire de l'astronautique. Il ne fait aucun doute que, étant donné les performances attendues, le générateur nucléaire russe pourrait alimenter des sondes avec des missions plus fabuleuses encore.

Je n'ose pas imaginer la liste probablement immense d'instruments scientifiques qui ne sont pas utilisés dans l'espace par manque d'électricité, ou qui ne sont tous simplement pas utilisés à leur juste valeur par manque d'énergie. Imaginez le genre de résultats scientifiques qu'on pourrait obtenir avec une alimentation électrique des centaines à des milliers de fois supérieure au niveau actuel !

J'avais aussi évoqué dans cette discussion une mission devenant possible avec ce genre de puissance électrique (appliquée cette fois-ci quasi exclusivement à la propulsion), à 200 UA du Soleil, vers les corps glacés de la ceinture de Kuiper :

MISSIONS TO THE EDGE OF THE SOLAR SYSTEM USING A NEW ADVANCED DUAL-STAGE GRIDDED ION THRUSTER WITH VERY HIGH SPECIFIC IMPULSE (Walker et al., 2006)

Cordialement.

[cancerman]

Salut les gars vous avez pas lu l'article entièrement le problème qui à l'air de tracasser les Russes c'est le fret en Xénon.

Dans l'article donné par GEB en fin de page il est mentionné : Une centaine de tonne de xénon nécessaire pour un voyage vers Mars qui à un coût de revient à 35 dollars le litre, ce qui reviendrait extrêmement cher pour l'état. (la Russie).

Bref sa c'est hors considération du maîtrise de la technologie du refroidissement etc ...

[cancerman]

la chine et l'inde ont plusieurs décénnies de retard sur l'ESA et la NASA et c'est pas prêt de changer...
Rappelons que la longue marche est un soyuz modifié, dont une grande partie des composants a été acheté sur l'étagère.
Le spatial chinois actuel n'est qu'un outil de propagande, juste de la poudre aux yeux.

Ariane 6 a de beaux jours devant elle.
Sachant qu'elle a été conçue justement pour "devenir rentable", tout en conservant sa prédominance sur le marché.

Tu parles de fond public, a ton avis, au niveau des chinois et des indiens, y a des financements privés ?

A ton avis quel état à estimé les réserves d'Helium 3 qui se trouvent en abondance sur la lune ?

Les Chinois : avec leur sonde spatiale Chang'e 1

Je te parle pas dans l'immédiat mais dans 40 ou 50 ans

[Geb]

Salut,

Salut les gars vous avez pas lu l'article entièrement le problème qui à l'air de tracasser les Russes c'est le fret en Xénon.

Certes les Russes travaillent bien à la réduction du coût de revient du xénon. Mais de là à dire qu'ils sont tracassés, ce n'est pas tout à fait vrai. Dans les faits, d'autres solutions existent.

Les Russes ont beaucoup travaillé sur le bismuth ces dernières années (qui a le plus important effet Hall de tous les métaux) pour les propulseurs spatiaux du même type.

Aussi, pour les propulseurs électriques (dont les propulseurs à effet Hall ne sont qu'un exemple parmi de nombreux autres), tous les autres gaz rares feraient l'affaire pour éventuellement remplacer le xénon, l'hélium et l'argon en premier lieu.

Dire qu'il faudrait plus de 100 tonnes de xénon pour un voyage habité vers Mars, c'est mettre la charrue avant les bœufs à mon humble avis. Mais ça donne la fausse impression que les Russes s'intéressent au voyage habité vers Mars, et ça donne par conséquent des minutes d'antennes gratuites sur toutes les chaînes de télévision occidentales.

Cela dit, je ne veux pas minimiser l'importance de la technologie nucléaire développée par les Russes avec ce projet. Même si le fruit de ces recherches (un réacteur d'un mégawatt) sera franchement insuffisant pour un voyage habité vers Mars, il est tout de même fabuleux à mes yeux.

Cordialement.

[Bluedeep]

Aussi, pour les propulseurs électriques (dont les propulseurs à effet Hall ne sont qu'un exemple parmi de nombreux autres), tous les autres gaz rares feraient l'affaire pour éventuellement remplacer le xénon, l'hélium et l'argon en premier lieu.

Cette réponse me parait pour le moins irréfléchie, surtout dans le cas de l'helium.
- conservation à température liquide franchement problèmatqiue sur un temps long.
- réservoir 25 fois plus grand (oui, ving-cinq, y'a pas une erreur de frappe) plus grand pour une masse donnée ( 125g/l, vs les 2950g/l du xénon en phase liquide):
- énergie d'ionisation double.

Sur le papier le cas de l'Argon serait sans doute plus interessant.
- énergie d'ionisation seulement 15% supérieure.
- masse volumique liquide : 1395g/l (réservoir un peu plus du double de celui du Xenon)
- température de liquéfaction similaires

Et coût absolument marginal (je crois qu'on l'extrait de l'air en phase liquide par distillation fractionnée : près de 1% de l'air est constitué d'argon).

Je ne sais pas pourquoi l'argon n'a pas été envisagé pour les moteurs ioniques (certainement de bonnes raisons) mais pour l'hélium c'est assez évident : il est totalement inadapté comme masse de réaction.

[WizardOfLinn]

Bluedeep : l'argon est bien envisagé pour certains moteurs plasmiques. Et ça marche aussi au krypton. Le choix dépend du domaine d'impulsion spécifique pour lequel on veut optimiser le moteur (ex: xénon=>privilégier la poussée, pour les moteurs Hall manoeuvrant dans un champ gravitationnel. Par contre, on utiliserait de préférence l'argon en croisière interplanétaire où on privilégie l'Isp, sans que le xénon soit non plus un mauvais choix).

Geb:
Je jette aussi un oeil à ce projet de temps en temps à ce projet russe, mais je commencerais à y croire lorsque je verrais un prototype effectivement construit, prêt à faire des essais, au moins au sol. Il y a une longue tradition de développements de réacteurs nucléaires spatiaux avortés, et aucun réacteur n'a volé depuis plus de 20 ans (c'était des petits réacteurs de quelques kW alimentant le radar de satellites espions).
Jusqu'à plus ample informé, ce réacteur russe trainera les tares fondamentales de ce type de système :
- coût élevé
- difficulté de dissiper dans l'espace la chaleur rejetée par la conversion électrique => immenses et massifs radiateurs de dissipations, réacteurs fonctionnant à haute température pour réduire ces radiateurs => faible durée de vie, etc.
- encore des excès de masse avec les boucliers anti-radiations
- sécurité : ça doit évidemment résister à l'explosion du lanceur => encore des coûts et de la complexité

Pour l'instant, c'est le solaire qui a gagné pour produire de l'électricité dans l'espace, et pas uniquement pour des raisons politiques.
A moins que les russes apportent quelques innovations techniques originales (mais je ne vois rien dans ce sens).

[Tryss]

Pour l'instant, c'est le solaire qui a gagné pour produire de l'électricité dans l'espace, et pas uniquement pour des raisons politiques.
A moins que les russes apportent quelques innovations techniques originales (mais je ne vois rien dans ce sens).

Le solaire a gagné seulement pour les missions proches du soleil, jusqu'à la ceinture d'astéroïde on va dire. Plus loin, ça commence à devenir moins intéressant et le nucléaire est "roi"