La NASA travaille sur des centaines de missions, mais parmi elles, une est particulièrement capitale et ardue, et mobilise sans cesse les efforts des ingénieurs : la construction d’un meilleur bouclier thermique. Sans une amélioration de cette technologie, visiter toutes les planètes de notre système solaire, voire de notre Galaxie, restera éternellement impossible, nous explique le prestigieux MIT Technology Review.
Pourquoi les boucliers thermiques sont essentiels ?
De nos jours, nous envoyons des engins de plus en plus gigantesques dans l’espace. Problème, plus un engin est gros, plus il est difficile de le ralentir. Conséquemment, une vitesse qui met longtemps à décroître signifie des frictions beaucoup plus intenses en pénétrant dans l’atmosphère des planètes. Or, ce phénomène entraîne une montée faramineuse de la chaleur à laquelle est exposé l’engin, qui peut littéralement le faire fondre, ou plus simplement endommager ses systèmes. Dernier exemple en date, le réacteur central de la fusée Falcon Heavy. Celui-ci a raté son atterrissage car ses systèmes avaient été endommagés par sa rentrée dans l’atmosphère terrestre. Le seul moyen de se prémunir de cette chaleur, ce sont les boucliers thermiques, même si comme nous avons pu le voir, ils ne suffisent parfois pas. Généralement situés à l’avant du véhicule, ils existent sous deux formes : une couche protectrice qui empêche la chaleur d’atteindre le véhicule, ou une couche réflective, qui rejette la chaleur, ce qu’on peut retrouver dans le Starship de SpaceX.
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Actuellement, nos boucliers thermiques sont puissants, mais doivent encore évoluer
Pour protéger les fusées et autres engins spatiaux des chaleurs liées à la rentrée dans les atmosphères, les ingénieurs spécialisés en aérospatiale ont développé des boucliers thermiques aux capacités impressionnantes. Par exemple, celui qui protégera le rover Mars 2020 est capable de résister à une température de 2100 degrés, ce qu’il devrait subir en rentrant dans l’atmosphère de la planète rouge. Malgré tout, son concepteur Lockheed Martin va devoir encore l’améliorer, car la NASA veut (par précautions) qu’il soit capable de résister à une température 20% supérieure, ce qu’il est encore incapable de faire.
Pourtant, même si cette amélioration réussit, il va falloir améliorer encore bien davantage les boucliers thermiques si nous voulons augmenter la rentabilité des missions martiennes et voir plus loin que la planète rouge.
La conquête du système solaire sera impossible sans de nouveaux boucliers thermiques
Selon le MIT Technology Review, pour aller sur des planètes comme Vénus ou Saturne, nos boucliers thermiques devront être infiniment plus robustes, car pénétrer dans les atmosphères denses de ces planètes nécessite une résistance à la chaleur infiniment supérieure. Par ailleurs, pour ramener des matériaux de Mars, nous aurons besoin que les boucliers soient imperméables à toute forme de vie étrangère pour éviter de ramener des virus venus d’ailleurs. De même, le MIT Technology Review nous explique que l’atterrissage sur certaines planètes sera si tendu qu’il faudra des capsules d’un diamètre de 20 mètres pour protéger les astronautes. Les boucliers thermiques n’ont jamais couvert des engins aussi volumineux pour des voyages jusqu’à Mars et au-delà.
Quelles sont les pistes des ingénieurs de la NASA pour y parvenir ?
Pour développer de nouveaux boucliers thermiques, les ingénieurs de la NASA se reposent sur un aplatisseur au carbone imprégné de phénol, plus communément appelé PICA. Ce matériau composite est une matrice de fibres de carbone enchâssées dans une résine phénolique. La plus rapide rentrée atmosphérique de l’histoire a été réalisée grâce à un bouclier thermique en PICA. Par ailleurs, PICA été utilisé sous la forme de tuiles afin de recouvrir la sonde Mars Science Laboratory et lui servir de bouclier thermique. Cette machine a exploré Mars au début des années 2010. Aujourd’hui, SpaceX s’inspire de ce procédé pour protéger sa capsule Crew Dragon. Par ailleurs, le bouclier thermique de Mars 2020 est en train d’être conçu avec le même matériau. Les ingénieurs de la NASA cherchent désormais à repousser les limites de PICA, mais ce ne sera probablement pas lui qui nous amènera jusqu’à Vénus.
Néanmoins, il pourrait peut-être nous permettre d’assurer l’atterrissage des astronautes sur Mars. Les ingénieurs de la NASA sont en train de développer un bouclier thermique extensible à base de ce matériau. Concrètement, les fusées de demain partiront peut-être avec un bouclier réduit, qui gagnera en envergure grâce à l’apport de boucliers extensibles contenu dans un caisson de la fusée. Cela pourrait nous permettre d’avoir un bouclier thermique d’une superficie suffisante pour protéger les astronautes à leur rentrée dans l’atmosphère martienne à l’avenir. Dans le même temps, une autre équipe de chercheurs travaille sur un bouclier pliable. Fabriqué à partir de fibres de carbone flexibles tissées en 3D, il s’ouvre comme un parapluie.
Pour aller sur Vénus et les autres planètes avec des «environnements d’entrée extrêmes», la NASA a lancé le développement d’un bouclier thermique spécial, beaucoup plus robuste que ceux à partir du matériau PICA. Nom de code, «HEEET», pour Heat Shield for Extreme Entry Environment Technology. De quoi espérer l’envoi d’une sonde vers Saturne ou Uranus dans les prochaines décennies ?
HEET, le bouclier thermique que la NASA développe pour visiter les planètes aux atmosphères les plus dangereuses ©Jessica Chou
