[DARPA] Contrat pour le développement d'un engin spatial à propulsion nucléaire

https://spacenews.com/darpa-moving-forward-with-development-of-nuclear-powered-spacecraft/

Le 4 mai, l'Agence pour les projets de recherche avancée de la défense (DARPA) a lancé un appel d'offres pour la prochaine phase de démonstration d'un engin spatial à propulsion nucléaire. 

Le projet, appelé Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO), a démarré il y a plus d'un an lorsque la DARPA a sélectionné une conception préliminaire pour un réacteur de moteur-fusée développé par General Atomics, et a choisi deux conceptions d'engins spatiaux par Blue Origin et Lockheed Martin.

Les prochaines phases du programme porteront sur la conception, le développement, la fabrication et l'assemblage d'un moteur de fusée nucléaire thermique. La DARPA mènera une "compétition complète et ouverte", de sorte que cette opportunité n'est pas limitée aux entreprises qui ont participé à la première phase, a déclaré un porte-parole à SpaceNews. Les propositions doivent être remises le 5 août.

L'objectif est de lancer une démonstration en vol de la propulsion thermique nucléaire au cours de l'année fiscale 2026.

"Un seul prix est prévu pour la phase 2 de l'OFR, a précisé le porte-parole. L'objectif est de compléter "la conception préliminaire et détaillée d'un système de démonstration et de construire et valider expérimentalement le moteur de vol de la fusée nucléaire thermique." Dans la phase 3, le système de démonstration sera construit pour accueillir une fusée nucléaire thermique pour un essai en vol en orbite.

La DARPA investit dans la propulsion nucléaire pour les véhicules spatiaux dans l'espoir de démontrer avec succès un moteur capable de parcourir de vastes distances dans l'espace cislunaire, la zone située entre la Terre et la Lune. 

"La propulsion nucléaire thermique permet d'obtenir un rapport poussée/poids élevé, similaire à celui de la propulsion chimique, mais avec une efficacité deux à cinq fois supérieure", a déclaré la DARPA. La NASA participe au projet, dans le but d'utiliser également la propulsion thermique nucléaire pour les missions de vols habités de longue durée.

"La manœuvre est plus difficile dans l'espace en raison des limitations du système de propulsion", a déclaré le major Nathan Greiner, responsable du programme au sein du Tactical Technology Office de la DARPA. "Pour maintenir leur supériorité technologique dans l'espace, les États-Unis ont besoin d'une technologie de propulsion de pointe."

https://www.ans.org/news/article-4490/gas-delivery-of-draco-nuclear-rocket-design-supports-fy-2026-inorbit-demo-goal/

General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) a terminé la conception de base d'un réacteur et d'un moteur pour une fusée à propulsion nucléaire thermique (NTP) et a testé avec succès les composants clés du réacteur sous contrat avec la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), a annoncé la société le 7 novembre. Les travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat de la phase 1 de la voie A du programme Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) ; les phases 2 et 3 du DRACO pourraient aboutir à une démonstration de l'engin spatial à propulsion nucléaire dans l'espace cislunaire (la région située entre la Terre et la Lune) au cours de l'année fiscale 2026.

Espace cislunaire : "Le domaine de l'espace cislunaire est essentiel à notre défense nationale, au commerce moderne et à la découverte scientifique. Alors que les opportunités dans l'espace cislunaire continuent de se développer, des technologies de propulsion plus innovantes pour accéder à l'espace sont de plus en plus nécessaires", a déclaré Christina Back, vice-présidente des technologies et matériaux nucléaires chez GA-EMS.

Le NTP utiliserait un réacteur à fission alimenté par de l'uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU) pour chauffer l'hydrogène et produire une poussée avec une plus grande efficacité, compte tenu de la densité énergétique de son combustible et de sa taille compacte, que ne le permettent les systèmes de fusées électriques ou chimiques. Le ministère de la défense souhaite que les fusées NTP offrent une manœuvrabilité et une vitesse suffisantes pour les missions à délai critique dans l'espace cislunaire, mais elles pourraient également soutenir les futures missions de la NASA vers des destinations plus lointaines, comme Mars.

"Nous avons tiré parti de notre expertise dans les technologies des systèmes nucléaires et spatiaux pour concevoir un système NTP et tester les composants vitaux de ce système afin de confirmer qu'ils résisteront aux conditions de conception pertinentes", a déclaré Scott Forney, président de GA-EMS. "Contrairement aux technologies de propulsion électrique et chimique utilisées aujourd'hui, les capacités de propulsion NTP peuvent atteindre une efficacité de masse de propergol deux à trois fois supérieure, ce qui est d'une importance capitale pour les missions cislunaires."

Comment tester les composants d'un réacteur dans l'espace ? Vous les testez avec le simulateur environnemental d'éléments thermiques nucléaires (NTREES) de la NASA, au Marshall Space Flight Center de Huntsville, en Alabama. Le NTREES a été "conçu pour tester les éléments combustibles et les matériaux dans un flux d'hydrogène chaud, atteignant des pressions de 1 000 livres par pouce carré et des températures de près de 5 000 degrés Fahrenheit - des conditions qui simulent les systèmes de propulsion nucléaire basés dans l'espace afin de fournir des données de base essentielles à l'équipe de recherche", selon la NASA.

GA-EMS rapporte que "les composants clés du réacteur nucléaire, y compris les éléments combustibles à haute température d'une importance vitale", ont été testés avec succès à NTREES.

Passation de marchés par étapes : La DARPA a attribué le contrat de la phase 1 de la voie A à GA-EMS en avril 2021 à la suite d'un processus de sollicitation concurrentiel. Le contrat à prix fixe de 22,2 millions de dollars de GA-EMS prévoyait une date d'achèvement estimée à octobre 2022 pour la conception du réacteur nucléaire qui alimenterait le DRACO. Dans la même annonce de contrat, la DARPA a attribué le contrat Track B - pour la conception d'un vaisseau spatial pour abriter et démontrer le système NTP - à Blue Origin et Lockheed Martin.

L'appel d'offres de la DARPA pour les phases 2 et 3 a été lancé en mai 2022 avec une date limite fixée au 5 août, qui a ensuite été repoussée au 2 septembre. La phase 2 devait durer 24 mois et comprendre une conception préliminaire et détaillée complète de la démonstration ainsi que la construction et la validation expérimentale du moteur de vol - y compris le réacteur nucléaire, la tuyère, les contrôleurs et l'équipement associé pour faire passer le propergol de son réservoir à travers le réacteur. La phase 3 suivrait immédiatement, avec la fabrication et les essais du réservoir d'hydrogène de la fusée. Enfin, la phase 3 comprendrait le lancement et la démonstration en orbite du moteur NTP à pleine puissance et à pleine poussée.

NASA, DARPA Will Test Nuclear Engine for Future Mars Missions 

Annonce du partenariat entre la NASA et la DARPA pour une mission de demonstration de la propulsion nucleaire thermique

Bill Nelson a écrit:La NASA travaillera avec notre partenaire de longue date, la DARPA, pour développer et démontrer une technologie de propulsion nucléaire thermique avancée dès 2027. Avec l'aide de cette nouvelle technologie, les astronautes pourraient voyager vers et depuis l'espace lointain plus rapidement que jamais - une capacité majeure pour se préparer à des missions en équipage vers Mars.

Le prototype qui sera conçu avec cette propulsion nucléaire sera-t-il mis en orbite par un lanceur "classique" ou partirait-il du sol terrestre ?
Dans le premier cas sa dénomination ne serait-elle pas plutôt "vaisseau spatial" que "fusée" ?

https://twitter.com/jeff_foust/status/1617909378006360064 

Côté technique voilà comment le partenariat se concrétisera : La majorité du moteur sera conçue par la NASA, la DARPA de son côté se chargera de l'assembler sur un satellite qui opérerait entre 700 et 2000km d'altitude.

L'uranium qui sera utilisé pour le système devrait être enrichi entre 5 et 20%, un changement par rapport aux concepts initiaux qui nécessitaient un enrichissement bien supérieur à 20% et qui posaient un problème du côté de la régulation et de la sûreté nucléaire.


Je trouve ça un peu étrange car General Atomics travaille déjà sur un moteur pour la DARPA et ils avancent plutôt bien.

https://www.ga.com/ga-completes-draco-nuclear-thermal-propulsion-system-design-and-test-milestone

https://spacenews.com/nasa-and-darpa-to-partner-on-nuclear-thermal-propulsion-demonstration/

La NASA et la Defense Advanced Research Projects Agency vont coopérer au développement et à la démonstration en vol d'un système de propulsion nucléaire ayant des applications à la fois pour la sécurité nationale et l'exploration spatiale.

Au cours d'une session spéciale du forum SciTech de l'AIAA, le 24 janvier, l'administrateur de la NASA, Bill Nelson, a annoncé que les deux agences travailleraient ensemble sur le programme existant de la DARPA, Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO), pour faire la démonstration de la propulsion thermique nucléaire (NTP), une technologie qui offre une propulsion plus efficace que les fusées chimiques conventionnelles.

"La NASA va s'associer à notre partenaire de longue date, la DARPA, pour développer et démontrer la propulsion thermique nucléaire avancée", a déclaré Nelson dans de brèves remarques lors de la conférence. "Notre objectif est de lancer et de démontrer un moteur thermique nucléaire réussi dès 2027".

Le partenariat est régi par un accord non remboursable signé par les deux agences au début du mois. La NASA sera responsable du développement du moteur nucléaire, tandis que la DARPA se chargera de l'intégration de ce système de propulsion dans un engin spatial et de son lancement.

"Nous nous sommes concentrés sur la structuration avec des lignes de responsabilité claires", a déclaré l'administrateur adjoint de la NASA, Pam Melroy, lors d'un débat après l'annonce de Nelson. La NASA avait coopéré sur le DRACO à un niveau inférieur avant cette annonce.

"L'essentiel est que nous ayons une communication très forte", a déclaré Stefanie Tompkins, directrice de la DARPA, lors de la table ronde. Les équipes des deux agences "s'adapteront en fonction des besoins" au cours du programme.

Ni la DARPA ni la NASA n'ont divulgué de détails sur la mission de démonstration de l'OFR elle-même, qui utilise un engin spatial appelé X-NTRV dans l'accord. M. Melroy a déclaré au panel que le véhicule fonctionnerait en orbite à une altitude d'au moins 700 kilomètres, et peut-être jusqu'à 2 000 kilomètres, afin de s'assurer que toute matière radioactive se serait désintégrée à des niveaux acceptables avant la rentrée dans l'atmosphère.

Les deux agences ont poursuivi séparément des projets NTP. En avril 2021, la DARPA a lancé le DRACO en attribuant trois subventions de phase 1 à des équipes dirigées par Blue Origin, General Atomics et Lockheed Martin pour travailler sur les conceptions préliminaires des réacteurs et des engins spatiaux.

En mai 2022, la DARPA a annoncé qu'elle sollicitait des propositions pour les phases 2 et 3 du DRACO afin de développer et de tester le moteur et de réaliser une démonstration en vol, alors prévue pour l'année fiscale 2026. La DARPA n'avait pas encore choisi de lauréat au moment du partenariat avec la NASA, mais M. Tompkins a déclaré qu'un prix pourrait être attribué dans "quelques mois".

La NASA a également travaillé sur les technologies NTP, notamment en attribuant en juillet 2021, en coopération avec le ministère de l'énergie, des contrats à des équipes dirigées par BWX Technologies, General Atomics et Ultra Safe Nuclear Technologies. Ces contrats, d'une valeur de 5 millions de dollars chacun pour un an, portaient sur la conception de réacteurs NTP.

La NASA a été poussée par le Congrès à investir dans le NTP, les projets de loi de finances réservant des fonds pour ces travaux à des niveaux souvent bien supérieurs à ceux demandés par l'agence. La direction de la NASA a toutefois reconnu plus récemment que cette technologie était essentielle pour les futures missions humaines vers Mars, une conclusion d'une étude des National Academies de février 2021 qui appelait la NASA à poursuivre un développement "agressif" de la propulsion nucléaire afin qu'elle soit disponible pour une mission humaine vers Mars à la fin des années 2030.

"L'élément clé est que cela nous permettra d'évaluer l'opportunité d'aller plus vite", a déclaré Melroy à propos du NTP, en faisant référence à son potentiel pour réduire les temps de voyage vers et depuis Mars en raison de sa plus grande efficacité. "Si nous avons des voyages plus rapides pour les humains, ce sont des voyages plus sûrs".

La DARPA, et plus largement la communauté de la sécurité nationale, s'intéresse à la NTP en raison de la maniabilité beaucoup plus grande qu'elle offre, a déclaré M. Tompkins. Interrogée sur le type de manœuvrabilité, elle a répondu "tout ce qui précède". La DARPA a déjà discuté de l'utilisation de la technologie pour des opérations dans l'espace cislunaire entre la Terre et la Lune, un domaine d'intérêt croissant pour la sécurité nationale.

"Nos objectifs ne sont pas en conflit", a ajouté Mme Tompkins. "Nous recherchons vraiment la même chose".

Sur ce sujet (toujours le même) il doit y avoir dans l'ensemble des agences qui bossent au spatial des tonnes de dossiers qui n'ont pas abouti et qui s'entassent dans les armoires au contenu classifié.  Cela me rappelle dans un autre domaine, celui de l'aéronautique, le sujet des plus légers que l'air, les ballons dirigeables dont on ressort de façon récurrente des projets qui ne voient jamais le jour (mise en service). 

Astro-notes a écrit:Sur ce sujet (toujours le même) il doit y avoir dans l'ensemble des agences qui bossent au spatial des tonnes de dossiers qui n'ont pas abouti et qui s'entassent dans les armoires au contenu classifié.  Cela me rappelle dans un autre domaine, celui de l'aéronautique, le sujet des plus légers que l'air, les ballons dirigeables dont on ressort de façon récurrente des projets qui ne voient jamais le jour (mise en service). 

Je te sens un peu désabusé…d’accord il y a un peu de quoi ! 
Mais dans ces périodes là, pour se remonter le moral, il suffit de penser à des périodes plus sombres en se disant qu’on en sort toujours…D’accord ceux qui en sortent, n’en sont pas toujours, tous ceux qui y rentrent !

Bien pour ne rester que dans le domaine technologique et éviter d’autres domaines , pensons à la Jamais contente -voiture électrique - qui fut la première voiture à franchir les  100 km/h en 1899 ! ( on n’était même pas nés ! )
Après une longue absence, elles reviennent au goût de jour.D’accord pour la propulsion nucléaire, il n’y a pas encore eu - même - de Première !

- Démonstration de propulsion nucléaire thermique en orbite en 2027, l'entreprise choisie pour la conception du système sera annoncée d'ici 2 semaines, l'uranium utilisé et fourni par le Département de l'Énergie sera enrichi entre 5 et 20% (contre 4% pour un réacteur nucléaire civil)

- Des études sont en cours pour étudier la viabilité de la propulsion nucléaire électrique pour du vol habité

https://twitter.com/genejm29/status/1658202080207679488

De Gene J. Mikulka  @genejm29 (un général de la DARPA ?)

However if you do lose the vehicle at launch and impacts water there is a threat, we're putting mitigations in place to prevent that

traduction Google translator

Cependant, si vous perdez le véhicule au lancement et que vous avez un impact sur l'eau, il y a une menace, nous mettons en place des mesures d'atténuation pour éviter cela.

mitigation : the action of reducing the severity, seriousness, or painfulness of something.

Le lancement depuis la Terre serait réalisé avec un lanceur classique. La CU serait un module de propulsion nucléaire baptisé nuclear thermal rocket vehicle, X-NTRV (?)
Je ne sais pas si préciser "les mesures d'atténuation" en cas de dissémination due à un lancement défaillant rassurera tout le monde. Les scénarios avec "anomalie lors du lancement" sont nombreux.
La propulsion nucléaire, peut-être une solution de propulsion intéressante dans l'espace .... c'est le segment "sol terrestre - orbite" qui recèle des risques non négligeables.  

La NASA DARPA vient de sélectionner Lockheed pour réaliser ce démonstrateur.

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/nasa_darpa_industry_partner_mars_rocket_engine

D'après le tweet, c'est bien la DARPA et non la NASA qui est le commanditaire, ce qui est loin d'être un détail.

J'en déduis qu'il est peu probable que l'objectif réel de ce projet soit l'exploration pacifique de l'espace.

nikolai39 a écrit:D'après le tweet, c'est bien la DARPA et non la NASA qui est le commanditaire, ce qui est loin d'être un détail.

J'en déduis qu'il est peu probable que l'objectif réel de ce projet soit l'exploration pacifique de l'espace.

Probablement une meilleure expérience dans ce domaine ! …du nucléaire….pour préciser !

nikolai39 a écrit:D'après le tweet, c'est bien la DARPA et non la NASA qui est le commanditaire, ce qui est loin d'être un détail.

J'en déduis qu'il est peu probable que l'objectif réel de ce projet soit l'exploration pacifique de l'espace.

Oups, en effet.
J'édite mon post.

Choros a écrit:

nikolai39 a écrit:D'après le tweet, c'est bien la DARPA et non la NASA qui est le commanditaire, ce qui est loin d'être un détail.

J'en déduis qu'il est peu probable que l'objectif réel de ce projet soit l'exploration pacifique de l'espace.

Oups, en effet.
J'édite mon post.

En tout cas que ce soit sous l’égide de la DARPA et non directement de la NASA, la propulsion nucléaire peut permettre des voyages interplanétaires plus rapides civiles comme militaires !

Giwa a écrit:

Choros a écrit:
Oups, en effet.
J'édite mon post.

En tout cas que ce soit sous l’égide de la DARPA et non directement de la NASA, la propulsion nucléaire peut permettre des voyages interplanétaires plus rapides civiles comme militaires !

En effet.
Si un jour ou l'autre l'humanité veut s'aventurer vraiment dans le système solaire, il faudra sérieusement envisager à dépasser la propulsion chimique.

Giwa a écrit:

Choros a écrit:
Oups, en effet.
J'édite mon post.

En tout cas que ce soit sous l’égide de la DARPA et non directement de la NASA, la propulsion nucléaire peut permettre des voyages interplanétaires plus rapides civiles comme militaires !

Mouais, les voyages interplanétaires militaires .... c'est un gag non ? On anticipe une invasion E.T. ? Et ce serait une force de défense terrestre "ramenant l'ordre dans la Galaxie" ?

Cela dit .... il y a des corps spécialisés .... il faut bien que çà serve .....

Corps d'élite .... Let's Go:

@montmein69 Bon,d’accord pour les voyages interplanétaires militaires ,j’anticipe un peu trop !  
Ou alors cela démontre par l’absurde que la DARPA a été déléguée uniquement pour ses compétences dans le domaine nucléaire et non pour ses compétences militaires  

Une téléconférence de presse s'est tenue aujourd'hui :

David L. a écrit:Une téléconférence de presse s'est tenue aujourd'hui :

Une Isp de l'ordre de 700 s est visée, avec une évolution potentielle jusqu'à 900 s.

Giwa a écrit:@montmein69 Bon,d’accord pour les voyages interplanétaires militaires ,j’anticipe un peu trop !  
Ou alors cela démontre par l’absurde que la DARPA a été déléguée uniquement pour ses compétences dans le domaine nucléaire et non pour ses compétences militaires  

Le travail sur le domaine nucléaire lié à la propulsion, cela parait effectivement un domaine que la DARPA a creusé. Les sous-marins et les porte-avions notamment même si la technique n'est probablement pas transférable dans un lanceur spatial. Mais cela permet d'acquérir des compétences techniques. Le choix des "combustibles nucléaires" les mieux adaptés à chaque domaine est aussi dans leurs compétences (avec des techniques de séparation des isotopes, et d'enrichissement).
Ils doivent avoir une kirielle d'ingénieurs spécialisés dans ces domaines et des dossiers de "recherches" plus ou moins abouties qui peuvent indiquer des pistes.

Annonce récente avec une collaboration de L-M avec: "La firme BWX Technologies sera responsable de la conception du réacteur nucléaire"
https://www.nytimes.com/2023/07/26/science/nasa-nuclear-rocket-darpa.html
https://www.lapresse.ca/affaires/2023-07-26/la-nasa-designe-lockheed-martin-pour-concevoir-une-fusee-nucleaire.php