NERVA - NERVA

NERVA
SNRC - ETS-1 002.jpg
NERVA XE dans ETS-1
Pays d'origine États Unis
Designer Laboratoire scientifique de Los Alamos
Fabricant Aerojet (moteur)
Westinghouse (réacteur)
Application Moteur étage supérieur
Statut Retraité
Moteur à carburant liquide
Propergol Hydrogène liquide
Performance
Poussée (vide) 246 663 N (55 452 lb f )
Pression de la chambre 3 861 kPa (560,0 psi)
Impulsion spécifique (vide) 841 secondes (8,25 km/s)
Impulsion spécifique (niveau de la mer) 710 secondes (7,0 km/s)
Temps de combustion 1 680 secondes
Redémarre 24
Dimensions
Longueur 6,9 mètres (23 pieds)
Diamètre 2,59 mètres (8 pi 6 po)
Poids sec 18 144 kilogrammes (40 001 livres)
Réacteur nucléaire
Opérationnel 1968 à 1969
Statut Déclassé
Principaux paramètres du cœur du réacteur
Combustible ( matière fissile ) Uranium hautement enrichi
État du carburant Solide
Spectre d'énergie des neutrons Thermique
Méthode de contrôle primaire Tambours de contrôle
Modérateur principal Graphite nucléaire
Liquide de refroidissement primaire Hydrogène liquide
Utilisation du réacteur
Puissance (thermique) 1137 MW
Les références
Les références
Remarques Chiffres pour XE Prime

Le moteur nucléaire pour application de fusée ( NERVA ) était un programme de développement de moteur de fusée thermique nucléaire qui a duré environ deux décennies. Son objectif principal était « d'établir une base technologique pour les systèmes de moteurs de fusées nucléaires à utiliser dans la conception et le développement de systèmes de propulsion pour les missions spatiales ». NERVA était un effort conjoint de la Commission de l'énergie atomique (AEC) et de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), et était géré par le Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) jusqu'à la fin du programme en janvier 1973. SNPO était dirigé par Harold de la NASA Finger et Milton Klein d' AEC .

NERVA a ses origines dans le projet Rover , un projet de recherche AEC au laboratoire scientifique de Los Alamos (LASL) dans le but initial de fournir un étage supérieur à propulsion nucléaire pour les missiles balistiques intercontinentaux de l'US Air Force , qui sont plus puissants que les moteurs chimiques. . Après la formation de la NASA en 1958, le projet Rover a été poursuivi en tant que projet civil et a été réorienté vers la production d'un étage supérieur à propulsion nucléaire pour la fusée Saturn V Moon de la NASA. Les réacteurs ont été testés à très faible puissance avant d'être expédiés à Jackass Flats sur le site d'essai du Nevada . Alors que LASL se concentrait sur le développement des réacteurs. La NASA a construit et testé des moteurs de fusée complets.

L'AEC, la SNPO et la NASA considéraient que NERVA était un programme très réussi dans la mesure où il a atteint ou dépassé ses objectifs. NERVA a démontré que les moteurs de fusée thermiques nucléaires étaient un outil réalisable et fiable pour l'exploration spatiale , et à la fin de 1968 SNPO a certifié que le dernier moteur NERVA, le XE, répondait aux exigences d'une mission humaine vers Mars . Il avait un fort soutien politique des sénateurs Clinton P. Anderson et Margaret Chase Smith mais a été annulé par le président Richard Nixon en 1973. Bien que les moteurs NERVA aient été construits et testés autant que possible avec des composants certifiés en vol et que le moteur a été jugé prêt à être intégré dans un vaisseau spatial, ils n'ont jamais volé dans l'espace. Les plans d'exploration de l'espace lointain nécessitent généralement la puissance de moteurs de fusée nucléaires, et tous les concepts d'engins spatiaux les présentant utilisent des conceptions dérivées de la NERVA.

Origines

Au cours de la Seconde Guerre mondiale , certains scientifiques du projet Manhattan de laboratoire Los Alamos où les premières bombes atomiques ont été conçus, y compris Stan Ulam , Frederick Reines et Frédéric de Hoffmann , ont spéculé sur le développement de fusées à propulsion nucléaire. En 1946, Ulam et CJ Everett ont écrit un article dans lequel ils considéraient l'utilisation de bombes atomiques comme moyen de propulsion de fusée. Cela deviendrait la base du projet Orion .

La révélation publique de l'énergie atomique à la fin de la guerre a suscité de nombreuses spéculations, et au Royaume-Uni, Val Cleaver , ingénieur en chef de la division fusée de De Havilland , et Leslie Shepherd , physicien nucléaire de l' Université de Cambridge , a examiné indépendamment le problème de la propulsion nucléaire des fusées. Ils sont devenus des collaborateurs, et dans une série d'articles publiés dans le Journal of the British Interplanetary Society en 1948 et 1949, ils ont décrit la conception d'une fusée à propulsion nucléaire avec un échangeur de chaleur en graphite à noyau solide . Ils ont conclu à contrecœur que les fusées nucléaires étaient essentielles pour l'exploration de l'espace lointain, mais pas encore techniquement réalisables.

En 1953, Robert W. Bussard , un physicien travaillant sur le projet Énergie nucléaire pour la propulsion des aéronefs (NEPA) au Laboratoire national d'Oak Ridge, a écrit une étude détaillée sur « L'énergie nucléaire pour la propulsion des fusées ». Il avait lu les travaux de Cleaver et Shepard, celui du physicien chinois Hsue-Shen Tsien , et un rapport de février 1952 des ingénieurs de Consolidated Vultee . L'étude de Bussard a eu peu d'impact au début car seulement 29 exemplaires ont été imprimés, et elle a été classée comme données restreintes , et ne pouvait donc être lue que par une personne ayant l'habilitation de sécurité requise. En décembre 1953, il fut publié dans le Journal of Reactor Science and Technology d' Oak Ridge . Le journal était toujours classé, de même que le journal, mais cela lui donna une diffusion plus large. Darol Froman , directeur adjoint du Laboratoire scientifique de Los Alamos (LASL), et Herbert York , directeur du Laboratoire de rayonnement de l' Université de Californie à Livermore , étaient intéressés et ont établi des comités pour enquêter sur la propulsion nucléaire des fusées. Froman a amené Bussard à Los Alamos pour l'assister une semaine par mois.

L'étude de Bussard a également attiré l'attention de John von Neumann , qui a formé un comité ad hoc pour la propulsion nucléaire des missiles. Mark Mills , le directeur adjoint de Livermore en était le président, et ses autres membres étaient Norris Bradbury de LASL ; Edward Teller et Herbert York de Livermore ; Abe Silverstein , directeur associé du Lewis Flight Propulsion Laboratory du Comité consultatif national pour l'aéronautique (NACA) , une agence fédérale qui a mené des recherches aéronautiques ; et Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge , une société aérospatiale. Après avoir entendu des commentaires sur diverses conceptions, le comité Mills a recommandé en mars 1955 que le développement se poursuive, dans le but de produire un étage supérieur de fusée nucléaire pour un missile balistique intercontinental (ICBM). York a créé une nouvelle division à Livermore, et Bradbury en a créé une nouvelle appelée Division N à Los Alamos sous la direction de Raemer Schreiber , pour la poursuivre. En mars 1956, l' Armed Forces Special Weapons Project (AFSWP), l'agence chargée de la gestion du stock national d'armes nucléaires, a recommandé d'allouer 100 millions de dollars au projet de moteur de fusée nucléaire sur trois ans pour que les deux laboratoires mènent des études de faisabilité et la construction d'installations d'essais.

Eger V. Murphree et Herbert Loper de l' Atomic Energy Commission (AEC) se sont montrés plus prudents. Le programme de missiles Atlas se déroulait bien et, s'il réussissait, il aurait une portée suffisante pour toucher des cibles dans la plus grande partie de l' Union soviétique . Dans le même temps, les ogives nucléaires devenaient plus petites, plus légères et plus puissantes. Les arguments en faveur d'une nouvelle technologie qui promettaient des charges utiles plus lourdes sur de plus longues distances paraissaient donc faibles. Cependant, la fusée nucléaire avait acquis un patron politique en la sénatrice Clinton P. Anderson du Nouveau-Mexique (où se trouvait LASL), le vice-président du Comité mixte du Congrès américain sur l'énergie atomique (JCAE), qui était proche de von Neumann, Bradbury et Ulam. Il réussit à obtenir un financement en janvier 1957.

Tous les travaux sur la fusée nucléaire ont été regroupés à Los Alamos, où elle a reçu le nom de code Project Rover ; Livermore s'est vu confier la responsabilité du développement du statoréacteur nucléaire , qui portait le nom de code du Projet Pluton . Le projet Rover était dirigé par un officier en service actif de l' US Air Force (USAF) détaché auprès de l'AEC, le lieutenant-colonel Harold R. Schmidt. Il était responsable devant un autre officier détaché de l'USAF, le colonel Jack L. Armstrong, qui était également en charge des projets Pluton et des systèmes de puissance nucléaire auxiliaire (SNAP).

Projet Rover

Concepts de conception

En principe, la conception d'un moteur- fusée nucléaire thermique est assez simple : une turbopompe forcerait l' hydrogène à traverser un réacteur nucléaire qui le chaufferait à des températures très élevées. Des facteurs de complication sont immédiatement apparus. Le premier était qu'il fallait trouver un moyen de contrôler la température du réacteur et la puissance de sortie. La seconde était qu'un moyen devait être conçu pour retenir le propulseur. Le seul moyen pratique de stocker l'hydrogène était sous forme liquide, ce qui nécessitait des températures inférieures à 20  K (-253,2  °C ). Le troisième était que l'hydrogène serait chauffé à une température d'environ 2 500 K (2 230 °C), et des matériaux seraient nécessaires pour à la fois supporter de telles températures et résister à la corrosion par l'hydrogène.

Pour le combustible, le plutonium-239 , l' uranium-235 et l' uranium-233 ont été considérés. Le plutonium a été rejeté car s'il forme facilement des composés, il ne pouvait pas atteindre des températures aussi élevées que celles de l'uranium. L'uranium-233, par rapport à l'uranium-235, est légèrement plus léger, a un nombre plus élevé de neutrons par événement de fission et a une forte probabilité de fission, mais ses propriétés radioactives le rendent plus difficile à manipuler, et dans tous les cas il a été pas facilement disponible. Quant aux matériaux de structure du réacteur, le choix s'est porté sur le graphite ou les métaux. Parmi les métaux, le tungstène a émergé comme le favori, mais le tungstène était cher, difficile à fabriquer et avait des propriétés neutroniques indésirables. Pour contourner ses propriétés neutroniques, il a été proposé d'utiliser du tungstène-184 , qui n'absorbe pas les neutrons. D'un autre côté, le graphite était bon marché, devient en fait plus résistant à des températures allant jusqu'à 3 300 K (3 030 °C) et se sublime plutôt que de fondre à 3 900 K (3 630 °C). Le graphite a donc été choisi.

Pour contrôler le réacteur, le cœur était entouré de tambours de contrôle revêtus de graphite ou de béryllium (un modérateur de neutrons) d'un côté et de bore (un poison neutronique ) de l'autre. La puissance de sortie du réacteur pourrait être contrôlée en faisant tourner les tambours. Pour augmenter la poussée, il suffit d'augmenter le débit d'ergol. L'hydrogène, qu'il soit sous forme pure ou dans un composé comme l'ammoniac, est un modérateur nucléaire efficace, et l'augmentation du débit augmente également la vitesse des réactions dans le cœur. Cette vitesse de réaction accrue compense le refroidissement fourni par l'hydrogène. De plus, à mesure que l'hydrogène se réchauffe, il se dilate, il y en a donc moins dans le noyau pour évacuer la chaleur et la température se stabilise. Ces effets contraires stabilisent la réactivité et un moteur de fusée nucléaire est donc naturellement très stable, et la poussée est facilement contrôlée en faisant varier le débit d'hydrogène sans changer les tambours de commande.

LASL a produit une série de concepts de design, chacun avec son propre nom de code : Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound et Shish. En 1955, il avait opté pour une conception de 1 500 MW appelée Old Black Joe. En 1956, cela est devenu la base de la conception de 2 700 MW destinée à être l'étage supérieur d'un ICBM.

Site de test

Installation d'assemblage et de démontage d'entretien de moteur (E-MAD)

Les réacteurs nucléaires du projet Rover ont été construits dans la zone technique LASL 18 (TA-18), également connue sous le nom de site de Pajarito. Les réacteurs ont été testés à très faible puissance avant d'être expédiés à Jackass Flats sur le site d'essai du Nevada . Les tests d'éléments combustibles et d'autres sciences des matériaux ont été effectués par la division LASL N au TA-46 en utilisant divers fours et plus tard le four nucléaire.

Les travaux ont commencé sur les installations d'essai à Jackass Flats à la mi-1957. Tous les matériaux et fournitures devaient être apportés de Las Vegas . La cellule d'essai A se composait d'un parc de bouteilles d'hydrogène gazeux et d'un mur en béton de 1 mètre (3 pi) d'épaisseur pour protéger l'instrumentation électronique des radiations produites par le réacteur. La salle de contrôle était située à 3,2 kilomètres (2 mi). Le réacteur a été testé avec son panache dans l'air afin que les produits radioactifs puissent être dissipés en toute sécurité.

Le bâtiment de maintenance et de démontage du réacteur (R-MAD) était à bien des égards une cellule chaude typique utilisée par l'industrie nucléaire, avec des murs en béton épais, des fenêtres d'observation en verre au plomb et des bras de télémanipulation. Il n'était exceptionnel que par sa taille : 76 mètres (250 pieds) de long, 43 mètres (140 pieds) de large et 19 mètres (63 pieds) de haut. Cela a permis au moteur d'entrer et de sortir d'un wagon de chemin de fer.

Le « Jackass and Western Railroad », comme il était décrit avec légèreté, était considéré comme le chemin de fer le plus court et le plus lent du monde. Il y avait deux locomotives, la L-1 électrique télécommandée et la L-2 diesel/électrique, qui était commandée manuellement mais avait une protection contre les rayonnements autour de la cabine . Le premier était normalement utilisé; ce dernier a été fourni en tant que sauvegarde. Les ouvriers du bâtiment étaient logés à Mercury, Nevada . Plus tard, trente remorques ont été amenées à Jackass Flats pour créer un village nommé « Boyerville » en l'honneur du superviseur, Keith Boyer. Les travaux de construction ont été achevés à l'automne 1958. La NASA prévoyait de développer une communauté de 2 700 personnes, avec 800 logements et leur propre complexe commercial d'ici 1967.

Organisation

Transfert à la NASA

Le président John F. Kennedy (à droite) visite la station de développement de fusées nucléaires le 8 décembre 1962 avec Harold Finger (à gauche) et Glenn Seaborg (derrière)

En 1957, le projet de missile Atlas avançait bien et le besoin d'un étage supérieur nucléaire avait pratiquement disparu. Le 2 octobre 1957, l'AEC propose de réduire son budget. Deux jours plus tard, l'Union soviétique lançait Spoutnik 1 , le premier satellite artificiel. Ce succès surprise a déclenché des peurs et des imaginations à travers le monde. Il a démontré que l'Union soviétique avait la capacité de livrer des armes nucléaires sur des distances intercontinentales et a contesté les notions américaines chéries de supériorité militaire, économique et technologique. Cela a précipité la crise de Spoutnik et déclenché la course à l' espace . Le président Dwight D. Eisenhower a répondu en créant la National Aeronautics and Space Administration (NASA), qui a absorbé la NACA.

La NACA s'intéresse depuis longtemps à la technologie nucléaire. En 1951, elle avait commencé à explorer la possibilité d'acquérir son propre réacteur nucléaire pour le projet de propulsion nucléaire d'avion (ANP), et a choisi son Lewis Flight Propulsion Laboratory dans l' Ohio pour le concevoir, le construire et le gérer. Un site a été choisi à proximité de Plum Brook Ordnance Works, la NACA a obtenu l'approbation de l'AEC et la construction du réacteur de Plum Brook a commencé en septembre 1956. Abe Silverstein, le directeur de Lewis, était particulièrement désireux d'acquérir le contrôle du projet Rover.

Donald A. Quarles , le secrétaire adjoint à la Défense , a rencontré T. Keith Glennan , le nouvel administrateur de la NASA, et Hugh Dryden , l'adjoint de Glennan le 20 août 1958, le jour où ils ont prêté serment après que Glennan et Dryden ont prêté serment à la Maison Blanche. , et Rover était le premier point à l'ordre du jour. Quarles était impatient de transférer Rover à la NASA, car le projet n'avait plus d'objectif militaire. La responsabilité des composants non nucléaires du projet Rover a été officiellement transférée de l'US Air Force (USAF) à la NASA le 1er octobre 1958, le jour où la NASA est devenue officiellement opérationnelle et a assumé la responsabilité du programme spatial civil américain.

Bureau de la propulsion nucléaire spatiale

Le projet Rover est devenu un projet commun NASA-AEC. Silverstein, que Glennan avait amené à Washington, DC, pour organiser le programme de vols spatiaux de la NASA, a nommé Harold Finger pour superviser le développement de la fusée nucléaire à la tête du Bureau des réacteurs spatiaux de la NASA. Le sénateur Anderson avait des doutes quant à l'aptitude de Finger pour le poste. Il sentit que Finger manquait d'enthousiasme pour cela. Glenn a rencontré Anderson le 13 avril 1959 et l'a convaincu que Finger ferait du bon travail. Le 29 août 1960, la NASA a créé le Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) pour superviser le projet de fusée nucléaire. Finger a été nommé directeur, avec Milton Klein de l'AEC comme son adjoint. Finger a également été directeur des systèmes nucléaires au bureau de la recherche et de la technologie avancées de la NASA. Un « accord formel entre la NASA et l'AEC sur la gestion des contrats de moteurs de fusées nucléaires » a été signé par l'administrateur adjoint de la NASA, Robert Seamans et le directeur général de l'AEC, Alvin Luedecke, le 1er février 1961. Il a été suivi d'un « accord interinstitutions sur le programme de Development of Space Nuclear Rocket Propulsion (Project Rover)", qu'ils ont signé le 28 juillet 1961. SNPO a également assumé la responsabilité de SNAP, Armstrong devenant l'assistant du directeur de la division de développement des réacteurs à l'AEC, et le lieutenant-colonel GM Anderson, anciennement le Agent de projet SNAP dans le bureau de la PNA dissous, est devenu chef de la branche SNAP dans la nouvelle division. Il est vite devenu évident qu'il y avait des différences culturelles considérables entre la NASA et l'AEC.

L'installation de recherche sur les moteurs de fusée à haute énergie (B-1) (à gauche) et l'installation de contrôle et de dynamique des fusées nucléaires (B-3) (à droite) à la station Plum Brook de la NASA à Sandusky, Ohio , ont été construites au début des années 1960 pour tester pleinement- à l'échelle des systèmes de carburant à hydrogène liquide dans des conditions d'altitude simulées.

Le siège social de la SNPO était colocalisé avec le siège social de l'AEC à Germantown, dans le Maryland . Finger a établi des succursales à Albuquerque, Nouveau-Mexique , (SNPO-A) pour travailler en liaison avec LASL, et à Cleveland, Ohio , (SNPO-C) pour coordonner avec le Lewis Research Center, qui a été activé en octobre 1961. En février 1962 , la NASA a annoncé la création de la Nuclear Rocket Development Station (NRDS) à Jackass Flats et, en juin, une succursale de la SNPO a été créée à Las Vegas (SNPO-N) pour la gérer. À la fin de 1963, il y avait 13 membres du personnel de la NASA au siège du SNPO, 59 au SNPO-C et 30 au SNPO-N. Le personnel de la SNPO était une combinaison d'employés de la NASA et de l'AEC dont les responsabilités comprenaient « la planification et l'évaluation des programmes et des ressources, la justification et la répartition des ressources du programme, la définition et le contrôle des exigences globales du programme, le suivi et la communication des progrès et des problèmes à la direction de la NASA et de l'AEC. , et la préparation des témoignages au Congrès ."

Finger a lancé un appel d'offres à l'industrie pour le développement du moteur nucléaire pour application de fusée (NERVA) basé sur le moteur Kiwi développé par LASL. Le prix était prévu pour le 1er mars 1961, de sorte que la décision d'aller de l'avant puisse être prise par l' administration Kennedy entrante . Huit sociétés ont soumis des offres : Aerojet , Douglas , Glenn L. Martin , Lockheed , North American , Rocketdyne, Thiokol et Westinghouse . Un conseil conjoint NASA-AEC a évalué les offres. Il a classé l'offre de North American comme la meilleure offre globale, mais Westinghouse et Aerojet avaient des offres supérieures pour le réacteur et le moteur respectivement lorsqu'ils étaient considérés séparément. Après qu'Aerojet eut promis à l'administrateur de la NASA James E. Webb qu'il mettrait ses meilleurs employés sur NERVA, Webb a parlé au jury de sélection et leur a dit que même s'il ne souhaitait pas influencer leur décision, North American était profondément engagé dans le projet Apollo , et le le conseil d'administration pourrait envisager de combiner d'autres offres. Le 8 juin, Webb a annoncé qu'Aerojet et Westinghouse avaient été sélectionnés. Aerojet est devenu l'entrepreneur principal, avec Westinghouse comme sous-traitant principal. Les deux sociétés ont recruté de manière agressive et, en 1963, Westinghouse comptait 1 100 employés travaillant sur NERVA.

En mars 1961, le président John F. Kennedy a annoncé l'annulation du projet de propulsion nucléaire de l'avion juste au moment où le réacteur Plum Brook de la NASA était sur le point d'être achevé, et pendant un certain temps, il a semblé que la NERVA allait bientôt suivre. La NASA a estimé son coût à 800 millions de dollars (bien que l'AEC ait estimé que ce serait beaucoup moins), et le Bureau du budget a fait valoir que la NERVA n'avait de sens que dans le contexte d'un atterrissage lunaire en équipage ou de vols plus loin dans le système solaire , pour aucun des deux. qui avait engagé l'administration. Puis, le 12 avril, l'Union soviétique lança Youri Gagarine en orbite sur Vostok 1 , démontrant une nouvelle fois sa supériorité technologique. Quelques jours plus tard, Kennedy a lancé la désastreuse invasion de la baie des Cochons à Cuba, entraînant une nouvelle humiliation pour les États-Unis. Le 25 mai, il s'est adressé à une session conjointe du Congrès . "D'abord", a-t-il annoncé, "je crois que cette nation devrait s'engager à atteindre l'objectif, avant la fin de cette décennie, de faire atterrir un homme sur la lune et de le ramener sain et sauf sur terre." Il a ensuite ajouté : « Deuxièmement, 23 millions de dollars supplémentaires, auxquels s'ajoutent 7 millions de dollars déjà disponibles, permettront d'accélérer le développement de la fusée nucléaire Rover. Cela promet de fournir un jour un moyen pour une exploration encore plus passionnante et ambitieuse de l'espace. , peut-être au-delà de la lune, peut-être jusqu'à la toute fin du système solaire lui-même."

Test en vol du réacteur (RIFT)

Maquette en bois d'un moteur NERVA sur le véhicule d'installation du moteur (EIV) à proximité de l'E-MAD

Le SNPO a fixé un objectif de fiabilité de 99,7 % pour la NERVA, ce qui signifie que le moteur ne fonctionnerait pas comme prévu plus de trois fois sur mille démarrages. Pour y parvenir, Aerojet et Westinghouse ont estimé qu'ils auraient besoin de 6 réacteurs, 28 moteurs et 6 vols d'essais en vol de réacteur (RIFT). Ils ont prévu 42 tests, considérablement moins que les 60 tests que le SNPO avait estimés nécessaires. Contrairement à d'autres aspects de la NERVA, RIFT était uniquement une responsabilité de la NASA. La NASA a délégué la responsabilité de RIFT à Wernher von Braun de Marshall Space Flight Center (MSFC) à Huntsville, Alabama . Von Braun a créé un bureau des projets de véhicules nucléaires au MSFC, dirigé par le colonel Scott Fellows, un officier de l'USAF qui avait travaillé sur l'ANP.

A cette époque, la NASA était engagée dans la planification de la mission d'alunissage que Kennedy lui avait demandé d'entreprendre. Pour cela, il a envisagé divers concepts de booster , notamment ce qui est devenu la famille Saturn et le plus grand Nova . Il s'agissait de fusées chimiques, bien que des étages supérieurs nucléaires aient également été envisagés pour Nova. Le comité Silverstein de décembre 1959 avait défini la configuration du lanceur Saturn, y compris l'utilisation d'hydrogène liquide comme carburant pour les étages supérieurs. Dans un article de 1960, Schmidt a proposé de remplacer les étages supérieurs par des étages nucléaires NERVA. Cela offrirait les mêmes performances que Nova, mais pour la moitié du coût. Il a estimé le coût de la mise en orbite lunaire d'une livre de charge utile à 1 600 $ pour une Saturne entièrement chimique, 1 100 $ pour Nova et 700 $ pour une Saturne chimique-nucléaire. MSFC a émis un contrat d'étude pour un RIFT avec NERVA comme l'étage supérieur d'un Saturne C-3 , mais le C-3 a été remplacé peu après par le C-4 plus puissant et , finalement , le C-5, qui est devenu la Saturne V . Ce n'est qu'en juillet 1962, après de nombreux débats, que la NASA s'est finalement décidée sur un rendez - vous en orbite lunaire , qui pourrait être effectué par Saturn V, et Nova a été abandonnée.

Site d'essai du Nevada. Moteur XE Prime avant test à ETS-1

Le véhicule RIFT serait composé d'un premier étage S-IC , d'un étage intermédiaire factice S-II rempli d'eau et d'un étage supérieur SN (Saturne-Nuclear) NERVA. Pour une mission réelle, un véritable étage S-II serait utilisé. L'étage SN devait être construit par Lockheed dans un hangar de dirigeables acquis par la NASA à Moffet Field à Sunnyvale, en Californie , et assemblé à l' installation d'essai de la NASA au Mississippi . Le SNPO prévoyait de construire dix étages SN, six pour les essais au sol et quatre pour les essais en vol. Les lancements devaient avoir lieu à partir de Cap Canaveral . Les moteurs NERVA seraient transportés par route dans des conteneurs antichocs et étanches, avec les barres de commande verrouillées en place et les fils de poison nucléaire dans le noyau. Comme il ne serait pas radioactif, il pourrait être transporté en toute sécurité et accouplé aux étages inférieurs sans blindage.

Le véhicule d'essai RIFT mesurerait 111 mètres (364 pieds) de hauteur, soit à peu près la même hauteur que le Saturn V; la configuration de la mission Saturn C-5N serait encore plus grande, à 120 mètres (393 pieds) de hauteur, mais le bâtiment d'assemblage de véhicules (VAB) de 160 mètres (525 pieds ) pourrait facilement l'accueillir. En vol, les fils empoisonnés seraient tirés et le réacteur démarrerait à 121 kilomètres (75 mi) au-dessus de l'océan Atlantique. Le moteur s'allumerait pendant 1 300 secondes, le portant à une altitude de 480 kilomètres (300 mi). Il serait ensuite arrêté et le réacteur refroidi avant d'avoir un impact sur l'Atlantique à 3 200 kilomètres (2 000 mi). La NERVA serait considérée comme prête pour la mission après quatre tests réussis.

Pour soutenir RIFT, LASL a créé un bureau de sécurité des vols pour les Rovers et le SNPO, un panel de sécurité des vols pour les Rovers. Étant donné que RIFT a appelé jusqu'à quatre réacteurs à tomber dans l'océan Atlantique, LASL a tenté de déterminer ce qui se passerait lorsqu'un réacteur heurterait l'eau à plusieurs milliers de kilomètres par heure. En particulier, qu'il devienne critique ou explose lorsqu'il est inondé d'eau de mer, un modérateur de neutrons. On s'inquiétait également de ce qui se passerait lorsqu'il coulerait à 3,2 kilomètres (2 mi) jusqu'au fond de l'Atlantique, où il serait soumis à une pression écrasante. L'impact possible sur la vie marine, et en fait la vie marine qu'il y avait là-bas, tout devait être pris en compte.

Le principal goulot d'étranglement du programme NERVA était les installations d'essai à Jackass Flats. La cellule d'essai C était censée être terminée en 1960, mais la NASA et l'AEC n'ont pas demandé de fonds pour des constructions supplémentaires en 1960, bien que le sénateur Anderson les ait quand même fournis. Puis il y a eu des retards de construction, l'obligeant à intervenir personnellement. Il a assumé le rôle de directeur de construction de facto, les responsables de l'AEC lui rapportant directement.

En août 1961, l'Union soviétique a mis fin au moratoire sur les essais nucléaires qui était en place depuis novembre 1958, alors Kennedy a repris les essais américains en septembre. Avec un deuxième programme d'urgence sur le site d'essai du Nevada, la main-d'œuvre est devenue rare et il y a eu une grève. Lorsque cela a pris fin, les travailleurs ont dû faire face aux difficultés de traiter l'hydrogène, qui pourrait fuir à travers des trous microscopiques qui contiendraient d'autres fluides. Le 7 novembre 1961, un accident mineur provoque un violent dégagement d'hydrogène. Le complexe est finalement devenu opérationnel en 1964. SNPO a envisagé la construction d'un moteur de fusée nucléaire de 20 000 MW, alors Boyer a demandé à la Chicago Bridge & Iron Company de construire deux gigantesques dewars de stockage cryogénique de 1 900 000 litres (500 000 gal US) . Un bâtiment d'entretien et de démontage des moteurs (E-MAD) a été ajouté. Il avait des murs de béton épais et des baies de blindage où les moteurs pouvaient être assemblés et démontés. Il y avait aussi un banc d'essai moteur (ETS-1) ; deux autres étaient prévus. En mars 1963, la SNPO et la MSFC ont chargé Space Technology Laboratories (STL) de produire un rapport sur le type de moteur de fusée nucléaire qui serait nécessaire pour d'éventuelles missions entre 1975 et 1990. Ces missions comprenaient les premières expéditions interplanétaires planétaires en équipage (EMPIRE) , des swingbys planétaires et des survols, et une navette lunaire. La conclusion de ce rapport en neuf volumes, remis en mars 1965, et d'une étude de suivi, était que ces missions pouvaient être réalisées avec un moteur de 4 100 MW avec une impulsion spécifique de 825 secondes (8,09 km/s) . C'était considérablement plus petit que ce qui avait été initialement estimé nécessaire. De là a émergé une spécification pour un moteur de fusée nucléaire de 5 000 MW, qui est devenu connu sous le nom de NERVA II.

Développement moteur

kiwi

Des techniciens dans un four à vide de l'atelier de fabrication de Lewis de la NASA préparent une buse Kiwi B-1 pour les tests.

La première phase du projet Rover, Kiwi, a été nommée d'après l' oiseau kiwi de Nouvelle-Zélande . Un kiwi ne peut pas voler, et les moteurs de fusée Kiwi n'étaient pas destinés à le faire non plus. Leur fonction était de vérifier la conception et de tester le comportement des matériaux utilisés. Le programme Kiwi a développé une série de moteurs nucléaires d'essai non pilotables, l'objectif principal étant d'améliorer la technologie des réacteurs refroidis à l'hydrogène. Dans la série d'essais Kiwi A menée entre juillet 1959 et octobre 1960, trois réacteurs ont été construits et testés. Kiwi A a été considéré comme un succès en tant que preuve de concept pour les moteurs de fusée nucléaires. Il a démontré que l'hydrogène pouvait être chauffé dans un réacteur nucléaire aux températures requises pour la propulsion spatiale et que le réacteur pouvait être contrôlé.

L'étape suivante a été la série de tests Kiwi B, qui a commencé avec Kiwi B1A le 7 décembre 1961. Il s'agissait d'un développement du moteur Kiwi A, avec une série d'améliorations. Le deuxième essai de la série, Kiwi B1B le 1er septembre 1962, a entraîné des dommages structurels extrêmes au réacteur, les composants du module de combustible étant éjectés lors de sa montée en puissance à pleine puissance. L'essai Kiwi B4A à pleine puissance qui a suivi le 30 novembre 1962, ainsi qu'une série d'essais d'écoulement à froid ont révélé que le problème était les vibrations induites par le chauffage de l'hydrogène lorsque le réacteur a été porté à pleine puissance, ce qui a secoué le réacteur (plutôt que lorsque il fonctionnait à pleine puissance). Contrairement à un moteur chimique qui aurait probablement explosé après avoir subi des dommages catastrophiques, le moteur de fusée nucléaire est resté stable et contrôlable même lorsqu'il a été testé jusqu'à la destruction. Les tests ont démontré qu'un moteur de fusée nucléaire serait robuste et fiable dans l'espace.

Kennedy a visité Los Alamos le 7 décembre 1962 pour un briefing sur le projet Rover. C'était la première fois qu'un président visitait un laboratoire d'armes nucléaires. Il a amené avec lui un grand entourage qui comprenait Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger, Clinton Anderson, Howard Cannon et Alan Bible . Le lendemain, ils se sont envolés pour Jackass Flats, faisant de Kennedy le seul président à avoir jamais visité un site d'essais nucléaires. Le projet Rover avait reçu 187 millions de dollars en 1962, et l'AEC et la NASA demandaient 360 millions de dollars supplémentaires en 1963. Kennedy a attiré l'attention sur les difficultés budgétaires de son administration et a demandé quelle était la relation entre le projet Rover et Apollo. Finger a répondu qu'il s'agissait d'une police d'assurance et qu'elle pourrait être utilisée dans les missions Apollo ou post-Apollo ultérieures, comme une base sur la Lune ou une mission vers Mars. Weisner, soutenu par Brown et Hornig, a fait valoir que si une mission sur Mars ne pouvait pas avoir lieu avant les années 1980, alors RIFT pourrait être reporté aux années 1970. Seamans a noté qu'une telle attitude avait entraîné la crise de Spoutnik et une perte de prestige et d'influence américains.

A l'intérieur de l'E-MAD

En janvier 1963, le sénateur Anderson est devenu président du comité sénatorial des sciences aéronautiques et spatiales des États-Unis . Il a rencontré en privé Kennedy, qui a accepté de demander un crédit supplémentaire pour RIFT si une « solution rapide » au problème de vibration de Kiwi que Seaborg avait promis pouvait être mise en œuvre. Pendant ce temps, Finger a convoqué une réunion. Il a déclaré qu'il n'y aurait pas de "solution rapide". Il a critiqué la structure de gestion de LASL et a demandé que LASL adopte une structure de gestion de projet . Il voulait que le cas des problèmes de vibrations soit étudié de manière approfondie et que la cause soit définitivement connue avant que des mesures correctives ne soient prises. Trois membres du personnel du SNPO (connus au LASL sous le nom de "trois souris aveugles") ont été affectés au LASL pour s'assurer que ses instructions étaient exécutées. Finger a réuni une équipe de spécialistes des vibrations d'autres centres de la NASA et, avec le personnel du LASL, d'Aerojet et de Westinghouse, a mené une série d'essais de réacteurs "à flux froid" utilisant des éléments combustibles sans matière fissile. RIFT a été annulé en décembre 1963. Bien que sa réintégration ait été fréquemment discutée, elle n'a jamais eu lieu.

Une série de modifications mineures de conception ont été apportées pour résoudre le problème des vibrations. Lors du test Kiwi B4D du 13 mai 1964, le réacteur a été démarré automatiquement et a brièvement fonctionné à pleine puissance sans aucun problème de vibration. S'en est suivi le test Kiwi B4E le 28 août au cours duquel le réacteur a fonctionné pendant douze minutes, dont huit à pleine puissance. Le 10 septembre, Kiwi B4E a été redémarré et a fonctionné à pleine puissance pendant deux minutes et demie, démontrant la capacité d'un moteur de fusée nucléaire à être arrêté et redémarré. En septembre, des essais ont été menés avec un moteur Kiwi B4 et PARKA, un réacteur Kiwi utilisé pour les essais à Los Alamos. Les deux réacteurs ont fonctionné à 4,9 mètres (16 pieds), 2,7 mètres (9 pieds) et 1,8 mètre (6 pieds) l'un de l'autre, et des mesures de réactivité ont été prises. Ces tests ont montré que les neutrons produits par un réacteur provoquaient bien des fissions dans un autre, mais que l'effet était négligeable : respectivement 3, 12 et 24 cents . Les tests ont démontré que les moteurs de fusées nucléaires peuvent être regroupés, tout comme les moteurs chimiques le sont souvent.

NERVA NRX

Moteur de fusée nucléaire NERVA

SNPO a choisi la conception de fusée thermique nucléaire Kiwi-B4 de 330 000 newtons (75 000 lbf) (avec une impulsion spécifique de 825 secondes) comme référence pour la NERVA NRX (Nuclear Rocket Experimental). Alors que Kiwi était une preuve de concept, NERVA NRX était un prototype de moteur complet. Cela signifiait qu'il aurait besoin d' actionneurs pour faire tourner les tambours et démarrer le moteur, de cardans pour contrôler son mouvement, d'une buse refroidie par de l'hydrogène liquide et d'un blindage pour protéger le moteur, la charge utile et l'équipage des radiations. Westinghouse a modifié les noyaux pour les rendre plus robustes aux conditions de vol. Certains travaux de recherche et développement étaient encore nécessaires. Les capteurs de température disponibles n'étaient précis que jusqu'à 1 980 K (1 710 °C), bien en deçà de ce qui était requis. De nouveaux capteurs ont été développés avec une précision de 2 649 K (2 376 °C) , même dans un environnement à fort rayonnement. Aerojet et Westinghouse ont tenté de prédire théoriquement les performances de chaque composant. Cela a ensuite été comparé aux performances réelles du test. Au fil du temps, les deux ont convergé au fur et à mesure que l'on comprenait mieux. En 1972, les performances d'un moteur NERVA dans la plupart des conditions pouvaient être prévues avec précision.

Le premier test d'un moteur NERVA fut le NERVA A2 le 24 septembre 1964. Aerojet et Westinghouse augmentèrent prudemment la puissance progressivement, à 2 MW, 570 MW, 940 MW, fonctionnant pendant une minute ou deux à chaque niveau pour vérifier les instruments, avant passant finalement à pleine puissance à 1 096 MW. Le réacteur a fonctionné parfaitement et n'a dû être arrêté qu'au bout de 40 secondes car l'hydrogène s'épuisait. Le test a démontré que NERVA avait l'impulsion spécifique conçue de 811 secondes (7,95 km/s) ; les fusées à propergol solide ont une impulsion maximale d'environ 300 secondes (2,9 km/s) tandis que les fusées chimiques à propergol liquide peuvent rarement atteindre plus de 450 secondes (4,4 km/s). Les dirigeants d'Aerojet et de Westinghouse étaient si heureux qu'ils ont sorti une annonce pleine page dans le Wall Street Journal avec une photo du test et la légende : « On to Mars ! Le réacteur a été redémarré le 15 octobre. À l'origine, cela était destiné à tester la buse, mais cela a été abandonné car il était proche de son maximum de conception de 2 270 K (2 000 °C). Au lieu de cela, la turbopompe a été testée. Le moteur a été alimenté jusqu'à 40 MW, les tambours de contrôle ont été verrouillés en place et la turbopompe a été utilisée pour maintenir la puissance constante à 40 MW. Cela a parfaitement fonctionné. Les simulations informatiques avaient été correctes et l'ensemble du projet était en avance sur le calendrier.

ETS-1 à la cellule de test C

L'essai suivant était celui de la NERVA A3 le 23 avril 1965. Cet essai avait pour but de vérifier que le moteur pouvait fonctionner et redémarrer à pleine puissance. Le moteur a fonctionné pendant huit minutes, dont trois et demie à pleine puissance, avant que les instruments n'indiquent qu'il y avait trop d'hydrogène dans le moteur. Un brouillage a été commandé, mais une conduite de liquide de refroidissement s'est bouchée. La puissance a augmenté à 1 165 MW avant que la ligne ne se débouche et le moteur s'est arrêté gracieusement. On craignait pour l'intégrité des tirants qui maintenaient ensemble les grappes de combustible. Ils étaient censés fonctionner à 473 K (200 °C), avec un maximum de 651 K (378 °C). Les capteurs ont enregistré qu'ils avaient atteint 1 095 K (822 °C), ce qui était leur propre maximum. Des tests en laboratoire ont confirmé plus tard qu'ils pourraient avoir atteint 1 370 K (1 100 °C). Il y avait aussi ce qui semblait être un trou dans la buse, mais cela s'est avéré être de la suie. Le moteur robuste n'était pas endommagé, le test s'est donc poursuivi et le moteur a fonctionné pendant treize minutes à 1 072 MW. Encore une fois, la durée du test n'était limitée que par l'hydrogène disponible.

Les tests du NERVA NRX/EST (Engine System Test) de la NASA ont commencé le 3 février 1966. Les objectifs étaient les suivants :

  1. Démontrer la faisabilité du démarrage et du redémarrage du moteur sans source d'alimentation externe.
  2. Évaluez les caractéristiques du système de contrôle (stabilité et mode de contrôle) pendant le démarrage, l'arrêt, le refroidissement et le redémarrage pour diverses conditions initiales.
  3. Étudiez la stabilité du système sur une large plage de fonctionnement.
  4. Étudier la capacité d'endurance des composants du moteur, en particulier le réacteur, pendant le fonctionnement transitoire et en régime permanent avec des redémarrages multiples.

Le NRX/EST a fonctionné à des niveaux de puissance intermédiaires les 3 et 11 février, avec un test à pleine puissance (1 055 MW) le 3 mars, suivi de tests de durée du moteur les 16 et 25 mars. Le moteur a été démarré onze fois. Tous les objectifs du test ont été atteints avec succès et NRX/EST a fonctionné pendant près de deux heures, dont 28 minutes à pleine puissance. Il dépassait de près d'un facteur deux la durée de fonctionnement des précédents réacteurs Kiwi.

L'objectif suivant était de faire fonctionner les réacteurs pendant une durée prolongée. Le NRX A5 a démarré le 8 juin 1966 et a fonctionné à pleine puissance pendant quinze minutes et demie. Pendant le refroidissement, un oiseau s'est posé sur la tuyère et a été asphyxié par l'azote ou l'hélium gazeux, tombant sur le cœur. On craignait qu'il ne bloque les conduites de propulseur ou ne crée un chauffage inégal avant d'être à nouveau soufflé lorsque le moteur a été redémarré. Les ingénieurs de Westinghouse ont donc installé une caméra de télévision et un tuyau d'aspiration et ont pu retirer l'oiseau en toute sécurité derrière un béton mur. Le moteur a été redémarré le 23 juin et a fonctionné à pleine puissance pendant encore quatorze minutes et demie. Bien qu'il y ait eu une corrosion sévère, entraînant une perte de réactivité d' environ 2,20 $ , le moteur aurait tout de même pu être redémarré, mais les ingénieurs ont voulu examiner le cœur.

Une heure était désormais fixée comme objectif pour le test du NRX A6. Cela dépassait les capacités de la cellule de test A, les tests ont donc été déplacés vers la cellule de test C avec ses dewars géants. Le NRX A5 a donc été le dernier test à utiliser la cellule de test A. Le réacteur a démarré le 7 décembre 1966, mais un arrêt a été ordonné 75 secondes après le début du test en raison d'un composant électrique défectueux. Cela a été suivi d'un report en raison du mauvais temps. Le NRX A6 a été redémarré le 15 décembre. Il fonctionnait à pleine puissance (1 125 MW) avec une température de chambre de plus de 2 270 K (2 000 °C) et une pression de 4 089 kilopascals (593,1  psi ) et un débit de 32,7 kilogrammes par seconde (4 330 lb/min). Il a fallu 75,3 heures pour refroidir le réacteur avec de l'azote liquide. À l'examen, il a été constaté que le réflecteur en béryllium s'était fissuré en raison d'une contrainte thermique. L'essai a provoqué l'abandon des projets de construction d'un moteur NERVA II plus puissant. Si plus de poussée était nécessaire, un moteur NERVA I pourrait fonctionner plus longtemps, ou il pourrait être groupé.

NERVA XE

Avec le succès du test A6, SNPO a annulé les tests de suivi prévus A7 et A8 et s'est concentré sur l'achèvement de l'ETS-1. Tous les tests précédents avaient le moteur allumé vers le haut ; ETS-1 permettrait à un moteur d'être réorienté pour tirer vers le bas dans un compartiment à pression réduite pour simuler en partie un tir dans le vide de l'espace. Le banc d'essai a fourni une pression atmosphérique réduite d'environ 6,9 kilopascals (1,00 psi) - ce qui équivaut à une altitude de 60 000 pieds (18 000 m). Cela a été fait en injectant de l'eau dans l'échappement, ce qui a créé de la vapeur surchauffée qui a jailli à grande vitesse, créant un vide.

Salle de contrôle NERVA

ETS-1 a pris plus de temps que prévu à Aerojet pour se terminer, en partie à cause de la réduction des budgets, mais aussi à cause de défis techniques. Il était construit en aluminium pur, qui ne devenait pas radioactif lorsqu'il était irradié par des neutrons, et il y avait un jet d'eau pour le garder au frais. Les joints en caoutchouc étaient un problème, car ils avaient tendance à se transformer en glu dans un environnement radioactif ; ceux en métal ont dû être utilisés. La partie la plus difficile était les conduits d'échappement, qui devaient supporter des températures beaucoup plus élevées que leurs homologues de fusées chimiques. Le travail de l'acier a été réalisé par Allegheny Technologies , tandis que l'Air Preheater Company fabriquait les tuyaux. Le travail a nécessité 54 000 kilogrammes (120 000 lb) d'acier, 3 900 kilogrammes (8 700 lb) de fil à souder et 10,5 kilomètres (6,5 mi) de soudures. Lors d'un test, les 234 tubes devraient transporter jusqu'à 11 000 000 litres (3 000 000 US gal) d'eau. Pour économiser de l'argent sur le câblage, Aerojet a déplacé la salle de contrôle dans un bunker à 240 mètres (800 pieds).

Le deuxième moteur NERVA, le NERVA XE, a été conçu pour se rapprocher le plus possible d'un système de vol complet, au point même d'utiliser une turbopompe de conception de vol. Les composants qui n'affecteraient pas les performances du système ont été autorisés à être sélectionnés parmi ce qui était disponible chez Jackass Flats pour économiser de l'argent et du temps, et un écran anti-rayonnement a été ajouté pour protéger les composants externes. Les objectifs du test comprenaient le test de l'utilisation de l'ETS-1 à Jackass Flats pour la qualification et l'acceptation des moteurs de vol. Le temps d'exécution total était de 115 minutes, dont 28 démarrages. La NASA et la SNPO ont estimé que le test "a confirmé qu'un moteur de fusée nucléaire était adapté aux applications de vol spatial et était capable de fonctionner à une impulsion spécifique deux fois supérieure à celle d'un système de fusée chimique". Le moteur a été jugé adéquat pour les missions sur Mars prévues par la NASA. L'installation a également été jugée adéquate pour la qualification en vol et l'acceptation des moteurs-fusées des deux entrepreneurs.

Le test final de la série était XE Prime. Ce moteur mesurait 6,9 mètres (23 pieds) de long, 2,59 mètres (8 pieds 6 pouces) de diamètre et pesait environ 18 144 kilogrammes (40 001 livres). Il a été conçu pour produire une poussée nominale de 246 663 newtons (55 452 lb f ) avec une impulsion spécifique de 710 secondes (7,0 km/s). Lorsque le réacteur fonctionnait à pleine puissance, environ 1 140 MW, la température de la chambre était de 2 272 K (2 000 °C), la pression de la chambre était de 3 861 kilopascals (560,0 psi) et le débit était de 35,8 kilogrammes par seconde (4 740 lb/min) , dont 0,4 kilogramme par seconde (53 lb/min) a été détourné vers le système de refroidissement. Une série d'expériences a été réalisée entre le 4 décembre 1968 et le 11 septembre 1969, au cours desquelles le réacteur a été démarré 24 fois et a fonctionné à pleine puissance pendant 1 680 secondes.

Annulation

Au moment du test NERVA NRX/EST, les plans de la NASA pour NERVA incluaient une visite sur Mars en 1978, une base lunaire permanente en 1981 et des sondes spatiales lointaines vers Jupiter, Saturne et les planètes extérieures. Les fusées NERVA seraient utilisées pour des « remorqueurs » nucléaires conçus pour transporter des charges utiles de l' orbite terrestre basse (LEO) vers des orbites plus grandes en tant que composant du système de transport spatial plus tard nommé , réapprovisionner plusieurs stations spatiales sur diverses orbites autour de la Terre et de la Lune, et soutenir une base lunaire permanente. La fusée NERVA serait également un étage supérieur à propulsion nucléaire pour la fusée Saturn, ce qui permettrait à la Saturn améliorée de lancer des charges utiles beaucoup plus importantes allant jusqu'à 150 000 kg (340 000 lb) vers LEO.

Le concept de l'artiste de 1970 illustre l'utilisation de la navette spatiale, de la navette nucléaire et du remorqueur spatial dans le programme intégré de la NASA.

Défendre la NERVA de ses détracteurs comme Horning, le président du Comité consultatif scientifique du président (PSAC), a nécessité une série de batailles bureaucratiques et politiques alors que le coût croissant de la guerre du Vietnam mettait la pression sur les budgets. Le Congrès a financé la NERVA II dans le budget de 1967, mais le président Johnson avait besoin du soutien du sénateur Anderson pour sa législation sur l' assurance-maladie . Klein, qui avait succédé à Finger à la tête du SNPO en 1967, a dû faire face à deux heures d'interrogatoire sur NERVA II devant le House Committee on Science and Astronautics . Finalement, le comité a réduit le budget de la NASA. Le financement de NERVA II a permis d'économiser 400 millions de dollars, principalement dans de nouvelles installations qui seraient nécessaires pour le tester. Cette fois, l'AEC et la NASA ont acquiescé, car le test du NRX A6 avait démontré que NERVA I pouvait effectuer les missions attendues de NERVA II. L'année suivante, Webb a tenté de prendre de l'argent de la NERVA I pour payer les frais généraux de la NASA après que le Congrès a réduit le budget de la NASA à 3,8 milliards de dollars. Johnson a restauré le financement de NERVA I, mais pas celui de la NASA.

La NERVA avait plein de missions proposées. La NASA a envisagé d'utiliser Saturn V et NERVA pour un « Grand Tour » du système solaire. Un alignement rare des planètes qui se produit tous les 174 ans s'est produit entre 1976 et 1980, permettant à un vaisseau spatial de visiter Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Avec NERVA, ce vaisseau spatial pourrait peser jusqu'à 24 000 kilogrammes (52 000 lb). Cela supposait que la NERVA avait une impulsion spécifique de seulement 825 secondes (8,09 km/s) ; 900 secondes (8,8 km/s) étaient plus probables, et avec cela, il pourrait placer une station spatiale de 77 000 kilogrammes (170 000 lb) de la taille de Skylab en orbite autour de la Lune. Des voyages répétés vers la Lune pourraient être effectués avec la NERVA alimentant une navette nucléaire. Il y avait aussi bien sûr la mission vers Mars, que Klein évitait diplomatiquement de mentionner, sachant que, même au lendemain de l' alunissage d' Apollo 11 , l'idée était impopulaire auprès du Congrès et du grand public.

Budgets du projet Rover et NERVA (  millions $ )
Élément de programme AEC Nasa
kiwi 21,9 136,9
NERVA 334,4 346,5
CREVASSE 19.1
Recherche et technologie 200,7 138,7
Opérations SNDR 75,3 19,9
Obligations d'équipement 43,4
Installations 82,8 30,9
Le total 873,5 567,7

Richard Nixon a remplacé Johnson en tant que président le 20 janvier 1969, et la réduction des coûts est devenue l'ordre du jour. Le financement du programme de la NASA a été quelque peu réduit par le Congrès pour le budget 1969, fermant la chaîne de production Saturn V et annulant les missions Apollo après Apollo 17, mais la NERVA est restée. Klein a approuvé un plan selon lequel la navette spatiale a mis en orbite un moteur NERVA, puis a rendu du carburant et une charge utile. Cela pourrait être répété, car NERVA était redémarrable. NERVA avait maintenant besoin de la navette, mais la navette n'avait pas besoin de NERVA. La NERVA avait toujours le soutien indéfectible d'Anderson et de Cannon au Sénat, mais Anderson vieillissait et se fatiguait et déléguait maintenant bon nombre de ses fonctions à Cannon. La NERVA a reçu 88 millions de dollars au cours de l' exercice 1970 et 85 millions de dollars au cours de l'exercice 1971, avec des fonds provenant conjointement de la NASA et de l'AEC.

En décembre 1970, le Bureau de la gestion et du budget a recommandé l'annulation de la NERVA et du Skylab , mais Nixon était réticent à le faire, car leur annulation pourrait coûter jusqu'à 20 000 emplois, principalement en Californie , un État que Nixon devait porter dans le 1972 élection . Il a décidé de le maintenir en vie à un faible niveau de financement et d'annuler Apollo 17 à la place. La préoccupation concernant Apollo 17 concernait les retombées politiques en cas d'échec plutôt que le coût, et cela a finalement été résolu en le reportant à décembre 1972, après les élections. Lorsque Nixon a tenté de tuer la NERVA en 1971, le sénateur Anderson et la sénatrice Margaret Chase Smith ont plutôt tué le projet favori de Nixon, le Boeing 2707 de transport supersonique (SST). Ce fut une défaite fulgurante pour le président. Dans le budget de l'exercice 1972, le financement de la navette a été coupé, mais NERVA et Apollo 17 ont survécu. Bien que la demande de budget de la NERVA n'ait été que de 17,4 millions de dollars, le Congrès a alloué 69 millions de dollars ; Nixon n'en a dépensé que 29 millions de dollars.

En 1972, le Congrès a de nouveau soutenu la NERVA. Une coalition bipartite dirigée par Smith et Cannon s'est approprié 100 millions de dollars pour le petit moteur NERVA qui tiendrait dans la soute de la navette, dont le coût est estimé à environ 250 millions de dollars sur une décennie. Ils ont ajouté une stipulation selon laquelle il n'y aurait plus de fonds de reprogrammation de la NERVA pour payer d'autres activités de la NASA. L'administration Nixon a décidé d'annuler la NERVA de toute façon. Le 5 janvier 1973, la NASA a annoncé l'arrêt de la NERVA. Le personnel du LASL et du SNPO était stupéfait ; le projet de construction d'une petite NERVA avançait bien. Les mises à pied ont commencé immédiatement et le SNPO a été aboli en juin. Après 17 ans de recherche et développement, les projets Nova et NERVA avaient dépensé environ 1,4 milliard de dollars, mais la NERVA n'avait jamais volé.

Recherche post-NERVA

Vue d'artiste d'une fusée thermique nucléaire bimodale

En 1983, l' Initiative de défense stratégique ("Star Wars") a identifié des missions qui pourraient bénéficier de fusées plus puissantes que les fusées chimiques, et certaines qui ne pourraient être entreprises que par des fusées plus puissantes. Un projet de propulsion nucléaire, SP-100, a été créé en février 1983 dans le but de développer un système de fusée nucléaire de 100 KW. Le concept incorporait un réacteur à particules/ lit de galets , un concept développé par James R. Powell au Laboratoire national de Brookhaven , qui promettait une impulsion spécifique allant jusqu'à 1 000 secondes (9,8 km/s) et un rapport poussée/poids compris entre 25 et 35 pour les niveaux de poussée supérieurs à 89 000 newtons (20 000 lbf).

De 1987 à 1991, il a été financé en tant que projet secret nommé Project Timber Wind , qui a dépensé 139 millions de dollars. Le projet de fusée proposé a été transféré au programme de propulsion thermique nucléaire spatiale (SNTP) de l'Air Force Phillips Laboratory en octobre 1991. La NASA a mené des études dans le cadre de son initiative d'exploration spatiale (SEI) de 1992, mais a estimé que le SNTP offrait une amélioration insuffisante par rapport à NERVA, et n'était requis par aucune mission SEI. Le programme SNTP a pris fin en janvier 1994, après 200 millions de dollars dépensés.

Un moteur pour le voyage interplanétaire de l'orbite terrestre à l'orbite de Mars, et retour, a été étudié en 2013 au MSFC en mettant l'accent sur les moteurs de fusées thermiques nucléaires (NTR). Étant donné que les NTR sont au moins deux fois plus efficaces que les moteurs chimiques les plus avancés, ils permettent des temps de transfert plus rapides et une capacité de chargement accrue. La durée de vol plus courte, estimée à 3 à 4 mois avec les moteurs NTR, par rapport à 8 à 9 mois avec les moteurs chimiques, réduirait l'exposition de l'équipage aux rayons cosmiques potentiellement nocifs et difficiles à protéger . Les moteurs NTR, comme le Pewee de Project Rover, ont été sélectionnés dans le Mars Design Reference Architecture (DRA).

Le Congrès a approuvé un financement de 125 millions de dollars pour le développement de fusées à propulsion thermique nucléaire le 22 mai 2019. Le 19 octobre 2020, la société basée à Seattle Ultra Safe Nuclear Technologies a livré à la NASA un concept de conception NTR utilisant de l'uranium faiblement enrichi à dosage élevé (HALEU ) Particules de carburant encapsulées au ZrC dans le cadre d'une étude NTR parrainée par la NASA et gérée par Analytical Mechanics Associates (AMA).

Résumé du test du réacteur

Réacteur Date de l'essai Départs
Pleine puissance moyenne
(MW)
Temps à
pleine puissance
(s)

Température du propulseur
(chambre) (K)

Température du propulseur
(sortie) (K)

Pression de la chambre
(kPa)
Débit
(kg/s)
Impulsion
spécifique au vide (s)

NERVA A2 septembre 1964 2 1096 40 2119 2229 4006 34,3 811
NERVA A3 avril 1965 3 1093 990 2189 >2400 3930 33,3 >841
NRX EST Février 1966 11 1144 830 2292 >2400 4047 39,3 >841
NRX A5 juin 1966 2 1120 580 2287 >2400 4047 32,6 >841
NRX A6 novembre 1967 2 1199 3623 2406 2558 4151 32,7 869
XE PRIME mars 1969 28 1137 1680 2267 >2400 3806 32,8 >841

La source:

Voir également

  • RD-0410 , un moteur de fusée thermique nucléaire soviétique
  • SNAP-10A , un réacteur nucléaire expérimental lancé dans l'espace en 1965
  • Projet Prometheus , NASA génération nucléaire d'énergie électrique 2003-2005

Notes de bas de page

Remarques

Les références

Liens externes