Mars Curiosity : la NASA fait le choix d’un générateur nucléaire

Sous la supervision de la NASA, la mission “Mars Science Laboratory (MSL)” qui a pour objectif d’explorer la planète Mars à l’aide d’un engin robotisé (rover) devrait être lancée si tout va bien cette semaine par la fusée Atlas V.

Le rover nommé Curiosity sera propulsé dans l’espace samedi prochain. La fusée portera à son bord une charge utile comprenant du matériel scientifique jamais encore utilisé sur la surface martienne.

En effet, les instruments tireront leur alimentation à partir d’un système générateur d’énergie de type “radio-isotopes” assemblé et testé dans les laboratoires nationales de l’Idaho (INL). Le générateur thermoélectrique radio-isotopique semble être le seul moyen à ce jour capable d’alimenter de manière fiable une mission spatiale durant plusieurs années. Le dispositif fournit une source continue de chaleur et d’électricité pour les composants du rover.

Ce n’est pas nouveau. La NASA a déjà utilisé des générateurs nucléaires d’une manière qu’elle juge “sûre et fiable” pour délivrer de l’énergie à 26 missions spatiales au cours des 50 dernières années. Le nouveau générateur comme celui destiné à la mission MSL a été soigneusement assemblé et intensivement testé à l’INL avant d’être réellement opérationnel.

Ce système d’alimentation permettra à Curiosity d’achever l’expédition quelque soit les saisons et les températures extrêmes rencontrées sur Mars”, a déclaré Stephen Johnson, directeur de la division Système nucléaire spatial et technologie à l’INL. “Lorsque l’appareil a quitté le laboratoire, nous avons vérifié ses performances et fait en sorte qu’il soit dans <<une forme optimale>> à son arrivée au centre spatial Kennedy.

Le système d’alimentation fournira environ 110 watts d’électricité et pourra fonctionner en continu pendant de nombreuses années. Le combustible nucléaire est protégée par plusieurs couches sécurisées qui ont subi des tests rigoureux selon différents scénarios accidentogènes.

L’équipe de l’INL a commencé à assembler la source d’alimentation spécifique à l’été 2008. En décembre de la même année, le système électrique a été entièrement alimenté, assemblé et prêt pour des essais. INL a ensuite réalisé une batterie de tests afin de vérifier que de tels systèmes fonctionneront comme prévu au cours de leurs missions futures.

Le système fournira de la chaleur et de l’électricité à Curiosity, tandis que les instruments scientifiques utiliseront la chaleur issue de la radioactivité. Le générateur est constitué d’un conteneur en céramique contenant du dioxyde de plutonium enfermé dans plusieurs couches de matériaux de protection, dont des capsules d’iridium et des blocs de graphite à haute résistance.

Comme le plutonium se désintègre naturellement, il dégage de la chaleur, qui est ensuite distribuée à travers le Rover par un fluide caloporteur. Un système de radiateurs comprenant près de cinquante mètres de tubes dans lesquels circule le fluide permet de rejeter la chaleur excédentaire. La tension électrique est produite en utilisant des thermocouples, qui exploitent la différence de température entre la source de chaleur et le froid extérieur.

L’atterrissage de Curiosity sur Mars est prévu en août 2012 avant de mener à bien une mission de plus de 23 mois. Il a pour objectif d’observer le cratère “Gale” – 155,3 km de diamètre – afin de trouver des indices sur les conditions environnementales, ayant ou non, favoriser le développement de la vie microbienne.

La NASA a choisi d’utiliser une source d’énergie nucléaire car les autres alternatives comme l’énergie solaire ne répondait pas aux exigences de la mission
. Le rover à propulsion nucléaire peut aller plus loin, voyager à plusieurs endroits, durer plus longtemp et communiquer dès son entrée dans l’atmosphère. Il dégage par ailleurs davantage de puissance électrique et de chaleur pour une charge utile plus grande par rapport à l’autre source d’énergie alternative étudiée par la NASA – le solaire.

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Détail sur la production d’énergie (src : wikipedia)

Le rover Curiosity est plus performant que les robots , alimentés par des GPHS-RTG, grâce à un générateur thermoélectrique à radioisotope (GTR) de nouvelle génération, le MMRTG développé par le DOE et produit par Boeing, utilisant une charge de 4,8 kg de dioxyde de plutonium PuO2 enrichi en plutonium 238 générant une puissance initiale d’environ 2 000 W thermiques convertis nominalement en 120 W électriques par des thermocouples à base de nouveaux matériaux thermoélectriques, à savoir PbTe/TAGS au lieu des anciens composants silicium-germanium :

Mars Science Laboratory pourra ainsi disposer d’une énergie abondante de 2,5 kWh/j au lieu de 0,6 à 0,9 kWh/j sur Opportunity, dont la puissance résiduelle, le 12 mai 2009 (après 1884 sols) n’était plus que de 460 Wh/j.

De surcroît, cette puissance sera indépendante de l’intensité du rayonnement reçu du Soleil et n’imposera donc pas d’arrêter la mission pendant l’hiver martien, contrairement au cas de Spirit et d’Opportunity. MSL dispose d’une autonomie nominale d’une année martienne, soit près de deux années terrestres, mais sa source d’énergie devrait encore fournir 100 W électriques après 14 années terrestres de fonctionnement.

[ Communiqué ]

            

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Ludop12

Et si la fusée explose dans l’atmosphère que se passe t’il? Où vont les particules radioactives?

dede29

A Fukushima et à Tchernobyl !

Lionel_fr

Je ne vais pas dire que c’est sans risque ni plébisciter l’abandon total du solaire pour cette mission alors que le soleil irradie sur mars env. 2/3 de l’énergie reçue par la terre. Les missions telles que voyager, gallileo ou cassini n’ont pas d’autre choix , sur mars , spirit et opportunity ont démontré que c’est possible même si c’est très contraignant. En revanche , les risques d’explosion au décollage ont fait l’objet de nombreux débats outre atlantique. On e peut pas dire que le suje a été occulté. Comme il est décrit sommairement dans l’article , le pu238 est enfermé dans une boite en céramique dont la résistance à la chaleur et aux choc est au maximum de ce qui est possible actuellement. On ne peut pas dire que la nasa fasse des économies sur ce point. En cas d’explosion au sol ou en altitude , la résistance de la boite est très au delà des forces dues à la chaleur et l’accélération : la boite retombe en un seul bloc et fait un gros plouf dans l’océan. En outre l’oxyde Pu238 que la NASA a toujours utilisé ne peut pas entrainer des problèmes de fusion camme dans les centrales civiles. Sa température est relativement basse et sa durée de vie assez courte. C’est d’ailleurs un problème pour Voyager qui cessera d’émettre en 2020 – après être sorti en 2014 de la zone d’influence solaire et avoir transmis es premières informations inestimables sur ce qui se trouve au delà de cette limite. De toutes façons, si on envisage de s’éloigner du soleil et à fortiori faire des voyages interstellaires, il ne sert à rien de se poser des questions, l’énergie sera nucléaire ou ne sera pas. L’espace situé entre les étoiles contient moins d’un atome par metre cube et le rayonnement des étoiles est complètement insignifiant , la seule alternative qu’on puisse imaginer serait de trouver une nouvelle source d’énergie dans les quarks , les bosons ou les gluons , composants des atômes et rien ne dit que le danger pour les cellules vivantes serait inférieur à celui de la radioactivité qu’on connait. Donc si pas de nuke, pas de voyage au delà de Jupiter, c’est une règle intransgressible.. Maintenant , il faut noter que Mars et Jupiter sont deux planètes très radioactives pour des raisons très différentes , mais l’une comme l’autre ne permettent pas à un équipage de survivre au delà de quelques semaines. En fait , le peu de rayonnement ionisant à la surface de la terre est une exception rarissime dans l’univers. La protection contre les radiations est un sujet de recherche extrèmement critique pour toutes les missions habitées qui sortent de lamagnétosphère terrestre. C’est pourquoi toutes les missions récents ont lieu en orbite basse et les missions lunaires sont déjà extrèmement compliquées par la nécessité d’enterrer profondément les lieux de vie des équipages pour les protéger du vent solaire et des rayons cosmiques incroyablement énergétiques …. Il faudra sans doute longtemps avant que des hommes s’aventurent au delà de la lune pendant plusieurs mois. ..

sonolisto

Ah! les psychoses humaines… Qui risque rien n’a rien! Sans les valeureux Vikings, où en serions-nous?

Geolog

Cette polémique me rappelle celle qui a eu lieu à l’occasion du lancement de la sonde Cassini dans les années 90. Elle aussi fonctionnait grace à un RTG utilisant l’effet thermoélectrique (effet Seebeck versus Peltier). Période du PU238 : 80 ans. Ca veut dire qu’au bout de 40 ans il n’en reste plus que la moitié. Au vu des durées de trajet de sondes qui sont maintenant depuis plusieurs dizaines d’années dans l’espace, cela a son importance.

Naif

Un peu ignorant dans le domaine, mais si j’en crois une encyclopédie en ligne, le PU 238 se désintègre effectivement en 87,74ans en donnant de l’uranium U234 puis du Thorium 230 avec une période de 245 500 ans. Est-ce que c’est bien ça ? Si oui c’est quand même un peu moins simple et rapide que ce que vous dites.

Lionel_fr

Je ne suis pas expert en isotopes. Pour autant, je crois qu’il faut relativiser cette question. Si la terre ne possédait pas de magnétosphère (qui décroit dangereusement depuis un siècle) , sa surface serait comme celle de Mars, l’atmosphère aurait été emportée à 90% par le vent solaire , les UV ne seraient plus filtrés ni le vent solaire qui est à lui seul largement mortel à court terme. Tous les astronautes souffrent de séquelles , même en orbite basse. Ca ne s’arrète pas là puisque l’orbite de Jupiter est parmi les zones les plus radioactives du système solaire. Le blindage de galileo est surdimensionné pour faire face. Pour corser le tout , on a les rayons cosmiques dont on ignore tout mais dont l’énergie détruit les systèmes qu’ils frappent sans qu’on sache comment s’en protéger. Dernièrement la sonde Dawn a perdu 2 de ses 4 propulseurs , sans doute frappés par un unique rayon cosmique. Le Pu238 dans ce milieu n’est pas vraiment plus toxique que n’importe quelle surface exposée au soleil. Le cas de la terre est une véritable bizarrerie et le fait qu’une forme de vie dominante malgré son endosquelette et sa chair molle et exposée, est extrèmement improbable Je suis largment antinuke en France, mais dans l’espace , on ne parle pas de la même chose. Notre problème de mamifère, c’est notre structure cellulaire et l’absence de protection. Nous sommes incompatibles avec les rayonnements ionisants de l’univers mais l’espace ne sera absolument pas affecté par une miette de métal lourd alors qu’un seul parmi les 300 000 astéroïdes de la ceinture en contient plusieurs millions de tonnes !! Il n’y a pas plus de diable dans la matière fissile que dans les EnR mais un vrai problème de prolifération et de dissémination à la surface de la terre , seul biotope compatible avec la vie cellulaire dans l’univers connu !

yp

l’énergie radioactive ne pose aucun problème en soi, c’est la fillière de l’électricité nucléaire telle qu’elle existe actuellement qui est un problème dans le cadre de notre planète. exactement comme lorsqu’ on est sur bateau au milieu de l’océan articque, on ne s’amuse pas à s’éclairer avec la mèche de batons de dynamite, alors qu’on a d’autres moyens à disposition. même si les mèches sont super longues. elle vous plait ma métaphore ? moi je l’aime beaucoup

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