NASA : un moteur à plasma pour atteindre Mars en trois mois

L’entreprise Howe Industries a récemment signé un partenariat avec la NASA pour travailler sur un objectif particulièrement ambitieux : effectuer un aller-retour vers Mars en environ trois mois grâce à un nouveau concept de fusée propulsée par un réacteur à plasma pulsé. Un projet très ambitieux qui, s’il se concrétise, pourrait transformer profondément l’astronautique.

Avec notre technologie actuelle, un aller-retour vers Mars prendrait entre un et deux ans en fonction du système de propulsion employé. Avec un propulseur chimique qui exploite la combustion d’ergols liquides, il faudrait environ 8 mois pour le trajet aller et à peu près autant pour le trajet retour, avec un intervalle de quelques mois entre les deux pour attendre une fenêtre de retour optimale où les deux planètes sont relativement proches l’une de l’autre (un peu moins de 60 millions de kilomètres).

Les voyages interplanétaires, un casse-tête de propulsion

Ce dernier délai étant plus ou moins incompressible, on ne peut jouer que sur la durée de l’allée et du retour. Ce temps est directement lié à la capacité du véhicule à produire de la poussée. Même des véhicules actuels seraient théoriquement capables d’atteindre Mars bien plus rapidement, à condition d’accélérer en continu pendant tout le trajet ; le principal problème se situe en fait à l’arrivée. Pour que l’engin puisse s’insérer dans l’orbite de destination, il doit être capable de ralentir en fournissant la même accélération dans le sens inverse dans un intervalle de temps relativement court. Autrement, il risque de manquer sa cible et de partir à la dérive aux confins du système solaire.

Cela nécessite évidemment un propulseur très puissant, capable de produire une poussée très importante par rapport à sa masse ; on parle de rapport poussée/masse (ou TWR, pour thrust-to-weight ratio). Mais ce n’est pas tout ; il doit aussi être très efficient. Plus spécifiquement, il doit présenter une impulsion spécifique, ou ISP, très élevée. Ce terme décrit la capacité d’un propulseur à produire de la poussée en fonction de la quantité de carburant utilisée par unité de temps ; en d’autres termes, plus l’ISP est élevée, plus le moteur est efficient. S’il est trop faible, le véhicule ne pourra pas embarquer suffisamment de carburant pour réaliser une telle manœuvre.

Un moteur à plasma relativement puissant et ultra-efficient

Et c’est justement sur ces deux points que le concept d’Howe Industries se démarque. Comme son nom l’indique, il s’agit d’un moteur qui commence par ioniser un gaz pour produire des décharges de plasma brèves mais intenses. Il s’agit d’un état de la matière caractérisé par la présence d’une grande quantité de particules chargées arrachées aux atomes. Par conséquent, on peut l’accélérer à l’aide d’un champ électromagnétique dans une tuyère spécialisée pour produire de la poussée de manière très efficace.

En premier lieu, la Pulsed Plasma Rocket (PPR) affiche une ISP absolument démentielle de 5000 secondes. Pour référence, c’est un ordre de grandeur que l’on attribue généralement aux moteurs ioniques. Ces derniers sont utilisés pour propulser de toutes petites sondes avec une efficacité remarquable, mais une poussée bien trop faible pour être compatible avec de gros engins. L’ISP de ces moteurs ioniques se situe typiquement entre 1000 et 10 000 secondes. Les moteurs chimiques, qui offrent une poussée bien plus importante, sont loin de pouvoir rivaliser sur ce terrain. Par exemple, les moteurs Raptor utilisés sur le Starship de SpaceX affichent une ISP d’environ 380 secondes dans le vide. En d’autres termes, la PPR est théoriquement assez exceptionnelle lorsqu’il s’agit de rentabiliser le moindre gramme de carburant.

Et pourtant, elle est aussi capable de fournir une poussée relativement importante d’environ 100 000 Newtons. C’est très loin de ce que proposent les trois Raptors du dernier étage du Starship, qui pourraient débiter plus de 5 500 000 N ; mais c’est immensément plus élevé qu’un propulseur ionique, dont la poussée varie typiquement entre 0,1 et 0,25 N ! 

L’intermédiaire idéal pour les voyages vers Mars ?

Par conséquent, sur le papier, il s’agit d’un intermédiaire très intéressant. Il ne serait pas capable de décoller seul depuis la Terre, mais remarquablement efficace une fois déployé en dehors de l’atmosphère. En théorie, un tel engin pourrait atteindre des vitesses de plusieurs centaines de milliers de kilomètres/heure pour raccourcir significativement les trajets entre la Terre et Mars, tout en restant suffisamment efficient pour conserver de quoi ralentir une fois proche de la destination.

Évidemment, il ne s’agit pour l’instant que d’un concept, et rien ne garantit qu’un véhicule spatial habité sera un jour propulsé par cette technologie. Mais le laboratoire Innovative Advanced Concepts de la NASA (NIAC) semble convaincu que l’idée mérite d’être explorée. Il sera donc intéressant de se pencher sur les conclusions d’Howe et de la NASA au terme de la première phase de tests. Si elle s’avère concluante, les deux partenaires pourront alors tâcher d’optimiser le moteur autant que possible, en espérant pouvoir l’utiliser pour partir à la conquête de Mars lors de la prochaine décennie. Rendez-vous vers la fin de l’année pour les premiers éléments de réponse.

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