Propulsion nucléaire pulsée - Définition

Introduction

La propulsion nucléaire pulsée est une méthode de propulsion spatiale qui utilise des explosions nucléaires pour produire une poussée. Elle fut inspirée par Stanislaw Ulam en 1947 et fit l'objet d'études avancées dans le cadre du projet Orion dans les années 1950-1960. Depuis, diverses techniques et formats d'explosions nucléaires sont régulièrement proposées, dont le fameux projet Daedalus.

Précurseurs

Le principe de la propulsion à détonation pulsée d'un aéronef par poudre à canon a été introduit dès 1881 par le dissident russe Nicolas Kibalchich. Cette proposition devait convaincre les autorités de sursoir à son exécution mais il n'échappa pas à sa condamnation. Son invention fut oubliée jusqu'à ce qu'elle soit publiée en 1917 mais sans être remarquée.

En 1899, Hermann Ganswindt présente le concept d'un vaisseau interplanétaire propulsé par des explosions de dynamite, qui sera critiqué et démonté par Roman Gostkowski.

Version soviétique

« Au début des années 1960, Sakharov, je me souviens, nous avait invités dans son bureau pour nous exposer cette idée de vaisseau spatial interstellaire qui aurait été propulsé par des micro-explosions nucléaires  »

— Viktor Mikhailov, ancien ministre soviétique et ministre russe délégué à l'énergie atomique (MinAtom),

Projet Orion

Vaisseau Orion

Le projet Orion est la première tentative sérieuse de conception d'un véhicule à impulsions nucléaires par General Atomics sous l'égide de l'ARPA de 1950 à 1963. La fusée larguait de petites charges nucléaires directionnelles derrière elle et récupérait la poussée du souffle de l'explosion sur une grande plaque métallique montée sur un système amortisseur.

Les premières déclinaisons de ce principe promettaient des vaisseaux de taille énorme capables de décollage depuis la surface terrestre et de voyages interplanétaires rapides avec un étage unique, les versions thermonucléaires devaient permettre des voyages interstellaires. Ces potentialités étaient accessibles avec les techiques et matériaux du début des années 1960.

Les derniers rapports, orientés vers une réalisation et des missions plus immédiates, proposaient deux modules de propulsion de base et une variétés de véhicules habités ou non. Le plus petit module, avec ses 10 m de diamètre était montable sur une fusée Saturn. Finalement, le projet fut annulé après le traité d'interdiction partielle des essais nucléaires de 1963 qui rendait sa mise au point et son utilisation impossibles.

Helios

De fin 1963 à 1965, le Laboratoire national de Lawrence Livermore investigua à son tour le concept de détonations contenues dans une chambre au cours d'un projet baptisé Helios.

La version finale proposait une chambre 9 m de diamètre où explose toutes les 10 secondes une charge pesant 45 kg et d'une puissance de 0,0051 kt (5,1 tonnes de TNT) avec comme fluide propulsif 68 kg d'hydrogène opacifié par des traces de carbone. Les charges sont des sphères de 1 m d'explosif contenant une boule de 2 kg d'uranium.

L'effort de conception fut concentré sur les charges explosives et les matériaux de la chambre. La masse sèche requise par les conditions de température et de pression, les coûts de matière fissile et la faible impulsion spécifique résultante en font un concept bien moins performant que les autres études de l'époque.

Dandridge Cole

De 1959 à 1961 (pendant le développement d'Orion mais sans aucun rapport avec lui), Dandridge MacFarlan Cole, ingénieur visionnaire de chez Martin, proposa plusieurs concepts théoriques de véhicules propulsés par des bombes atomiques explosant au sein d'une chambre de combustion avec tuyère.

Son premier modèle était un véhicule cyclindrique assemblé par amortisseurs sur une chambre de 40 m de diamètre pesant 450 t. Des charges de 0,01 kilotonnes y explosent toutes les secondes au milieu de 390 kg d'eau. Ce fluide injecté par la paroi de la chambre sert à la fois de masse propulsive et au refroidissement de la chambre. Le véhicule était conçu pour des missions martiennes, vénusiennes ou d'alunissage, éventuellement il devait pouvoir partir de la surface terrestre. Les performances de ce « Model I » étaient modestes, Cole prévoyait une I_sp de 931 s, comparable au moteur nucléo-thermique NERVA qui était moins polluant et moins dispendieux en combustible (la faible puissance des charges de 0,01 kilotonnes requiert des bombes inefficaces).

Le « Model II » améliore le précédent en allégeant la chambre grâce à des matériaux plus performants et utilise 253 kg d'hydrogène comme fluide à chaque détonation. Il en résulte une meilleure charge utile et une I_sp de 1 150 s. Le « Model IIa » est le même à plus grande échelle : une chambre de 86 m de diamètre et des charges de 0,1 kilotonnes portant l'I_sp à 1 350 s (pour un prix par bombe pratiquement égal).

Cole proposa également un quatrième concept : un avion propulsé par détonations nucléaires, inspiré du V1 à pulsoréacteur. Aucune de ces études ne suscita d'intérêt de sa hièrarchie ni de l'USAF ou de la NASA et elles auraient fini par tomber dans l'oubli si Cole n'était pas aussi écrivain et illustré par Roy G. Scarfo.