NERVA - Définition

Essais

Les nombreux essais se déroulèrent sur le site d'essais nucléaires du Nevada à Jackass Flats. Ils avaient pour but la mise au point progressive d'un réacteur basé sur des matériaux dont les comportements aux températures et pressions d'utilisation étaient initialement inconnus. Des réacteurs maquettes (Honeycomb et Zepo) furent nécessaires pour modéliser les caractéristiques neutroniques d'un système graphite/hydrogène.

La première série de prototypes fut nommée Kiwi d'après l'oiseau terrestre et en référence au fait qu'ils n'étaient absolument pas conçus pour le vol. KIWI-A pouvait générer une puissance de 70 MW et éjectait l'hydrogène à 2 683 K.

Le réacteur de recherche Kiwi-A'

Le test KIWI-TNT où le réacteur est détruit volontairement pour simuler un accident en cours de fonctionnement

Le moteur XE en cours de montage sur ETS-1

Les moteurs NERVA étaient dérivés des réacteurs Kiwi-B et étaient conçus dans l'optique de missions lunaires avancées ou de missions martiennes habitées, impliquant des véhicules pesant 700 à 1 400 t avec un système de propulsion de 900 kN de poussée et une impulsion spécifique supérieure à 800 s. Il fut prévu que ces systèmes utilisent plusieurs moteurs identiques : un modèle de 330 kN de poussée, 825 s d'I_sp atteignant 1 000 MW de puissance.

La première version nommée NRX (Nuclear Reactor Experimental) ne comprenait pas le système d'alimentation ni le divergent de la tuyère. Son objectif était de pouvoir fonctionner une heure à 2 300 K, soit le temps nécessaire à une manœuvre de transfert vers Mars. L'expérimentation fut un succès et incita à passer rapidement aux tests en configuration de vol.

En 1966, le réacteur suivant NRX/EST (Engine System Test) était donc équipé de turbopompes et d'une tuyère complète. En plus de l'endurance, il devait tester les régimes intermédiaires, arrêts et redémarrages multiples. Ces essais furent plus que satisfaisants, accomplissant ainsi les objectifs initiaux du projet Rover. Les essais suivants apportèrent diverses améliorations qui amenèrent en 1969 à la construction du moteur XE et de son banc de test vertical dépressurisé ETS-1 (Engine Test Stand). Cet ultime modèle comprenait tous les sous-systèmes critiques définitifs et pouvait démarrer et se réguler de façon autonome. Il atteignit une température de 2 270 K et une I_sp de 710 s.

Parallèlement à ces essais, d'autres réacteurs validaient des techniques alternatives :

• Phoebus, dans le domaine des hautes puissances. Le modèle 1A fonctionna pendant 10 minutes à 1 090 MW et 2 370 K, le modèle B pendant 30 minutes à 1 500 MW, et finalement Phoebus 2A atteignit 4 000 MW pendant 12 minutes (le réacteur nucléaire le plus puissant jamais construit) ;
• Pewee, un modèle réduit de Kiwi, expérimenta les revêtements en carbure de zirconium ZrC et atteignit 500 MW, améliorant ainsi la densité énergétique du système et l'I_sp à 825 s ;
• Nuclear Furnace, dix fois moins puissant que Pewee, était conçu pour un fonctionnement prolongé (6 500 s à 44 MW) et pour permettre un démontage automatique et une réutilisation après remplacement du cœur. Son rôle était de tester les nouvelles compositions et configurations de combustible. Ce modèle fut le premier et le seul fonctionnant en cycle fermé, tous les autres rejetaient leurs gaz dans l'atmosphère.

Vers la fin du projet, il était prévu plusieurs améliorations qui devaient permettre un fonctionnement à une température de 2 500 K et une I_sp de 890 s. Une évolution technologique baptisée ENABLER devait permettre au moteur d'atteindre 2 700 K et une I_sp de 925 s grâce à un nouveau type de combustible qui ne fut testé que dans NF-1.

L'ensemble des essais dégagèrent plus de 6 GWh d'énergie.