Divers concepts de coeur nucléaire pour moteur KIWI :

Mais certains n’était pas d’accord avec les perspectives pessimistes pour les moteurs fusées nucléaires. Tandis que le développement des moteurs-fusée nucléaires était en grande partie abandonné après le rapport de North American, le travail sur les turboréacteurs nucléaires d'avion a continué. Au début des années 50, Robert W. Bussard qui avait travaillé sur ces systèmes nucléaires de propulsion d'avion au Oak Ridge National Laboratory de l’AEC (la Commission à l'énergie atomique des USA) a réexaminé les moteurs-fusées nucléaires.

Il a conclu que les rapports précédents étaient trop pessimistes et que les fusées nucléaires étaient probablement réalisables. Bussard a estimé qu'ils pourraient pertinemment concurrencer les fusées chimiques particulièrement sur de longs vols avec des charges utiles lourdes. En 1955, en se basant sur les calculs et la capacité à convaincre de Bussard, l’US Air Force a décidé de rouvrir des études sur le concept pour une utilisation possible sur ICBM.

Pour le nouveau programme AEC-USAF, la Nuclear Propulsion Division dirigée par Raemer E. Schreiber a été crée au LASL. Un groupe semblable a été également constitué au Lawrence Radiation Laboratory de l’AEC à l'université de Californie. Mais les réductions de budget en juin 1956 ont eu comme conséquence une élimination des efforts et une fusion des divers groupes d’étude de la propulsion nucléaires.

Le résultat était que Livermore avait la responsabilité de développer un ramjet nucléaire sous le nom de code "projet PLUTO". Le programme de fusée nucléaire était confié à Los Alamos sous le nom de code " projet ROVER ". Une série d’études techniques avec des noms de code fantaisistes comme "Dumbo" (une conception de réacteur pour moteur) et "Condor" (une fusée nucléaire) ont été réalisées. Par la suite, un concept de réacteur nommé "kiwi" a été sélectionné. Comme son homonyme de Nouvelle Zélande incapable de voler, les réacteurs d'essai kiwi ne voleraient pas mais étaient néanmoins essentiels au développement d'un moteur-fusée nucléaire opérationnel.

Kiwi-A était une série de réacteurs d'essai qui emploieraient l'hydrogène comprimé pour réaliser des études au sol des éléments de moteurs fusées nucléaires. Le combustible, du carbure d’uranium, serait placé à l'intérieur d'un noyau de graphite qui pourrait fonctionner à températures élevées (3000°C). Le graphite pouvait supporter des températures jusqu'à 3300°C avant de commencer à perdre ses propriétés mécaniques, mais c'était également un excellent modérateur qui pourrait ralentir la production des neutrons par fission.

Mais avant même que le premier Kiwi-A ait été construit, il y avait déjà des changements de programme. Vers la fin 1957, il était devenu évident aux yeux des planificateurs de l’US Air Force que le missile Atlas fournirait aux USA une capacité ICBM sans recourir aux technologies exotiques comme les moteurs-fusées nucléaires. Le programme de moteur-fusée nucléaire en gestation serait mort une deuxième fois sans le lancement de Spoutnik le 3 octobre 1957.

Les ingénieurs du SNPO ont rapidement proposé de construire des moteurs-fusées nucléaires opérationnels. En automne 1960 ils proposent de construire le premier moteur-fusée nucléaire appelé NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Le NERVA produirait environ 245 KN de poussée (environ 25 tonnes de poussée) avec une ISP proche de 1000 secondes. En juillet 1961, Aerojet General Corporation était choisi comme constructeur du moteur tandis que le laboratoire Astronuclear de Westinghouse Electric Corporation devait construire le réacteur du NERVA

Ensuite, un véhicule qui utiliserait un moteur NERVA devait être conçu. En mai 1962, le Marshall Space Flight Center de la NASA accordait un contrat à Lockheed Missile & Space Company pour construire le RIFT (Reactor In-Flight Test). Mais sans utilisations opérationnelles identifiées pour un étage de fusée aussi puissant, une telle réalisation était probablement injustifiée.

La pression de la concurrence communiste signifiait que les technologies de pointe comme les moteurs-fusées nucléaires seraient rapidement développés pour donner au pays des arguments dans l'exploration de l'espace. Avec la création de la NASA le 1 octobre 1958, le programme de fusée nucléaire AEC-USAF a été transformé en activité AEC-NASA. Devenu inutiles pour la défense, les fusées nucléaires étaient idéales pour des applications spatiales.

En août 1960 le Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) du programme AEC-NASA était créé avec Harold B. Finger (qui sept ans après deviendrait administrateur de la NASA) en tant que son gestionnaire. Le but du SNPO était de développer les fusées nucléaires qui permettraient aux USA de battre l'Union soviétique pour la course à la lune et aux planètes. Tandis que tous ces changements administratifs intervenaient, les ingénieurs étaient occupés à se préparer aux premiers essais réels de matériel.

La première mise à feu du réacteur Kiwi-A a eu lieu en juillet 1959 à la Nuclear Rocket Development Station de Jackass Flats, Nevada (à 145 kilomètres de Las Vegas). Le moteur a fonctionné avec succès pendant cinq minutes en produisant une puissance de 70 mégawatts tout en atteignant une température de 1500°C. En 1959 et 1960, deux réacteurs supplémentaires Kiwi-A ont été testés avec succès. Un début prometteur vers la prochaine étape: Kiwi-B.

Pendant ce temps, le programme d'essai de Kiwi-B débutait. La série Kiwi-B testerait des modèles réels de réacteur pour le vol. Ceux-ci étaient conçus pour fonctionner à environ 2000°K et produire 1,1 Gigawatts de puissance. À la différence de la série Kiwi-A qui a utilisé de l'hydrogène comprimé, Kiwi-B devait fonctionner en utilisant l'hydrogène liquide. En décembre 1961, Kiwi-B1A a été testé avec succès en utilisant de l'hydrogène comprimé. Le premier essai avec l'hydrogène liquide a eu lieu en septembre 1962 avec Kiwi-B1B.

Cependant, pendant l’essai, le noyau de graphite s’est fendu et des débris brûlants ont été éjectés par la tuyère. Espérant que cette panne était simplement due à un composant défectueux, le programme d'essai a continué avec Kiwi-B4A qui devait tester la conception finale du réacteur choisi pour le NERVA.

Mais au premier essai, le 20 novembre 1962, des débris étaient aussitôt éjectés par la tuyère du moteur. Il y avait évidemment une imperfection de conception importante dans le réacteur Kiwi-B qui faisait rompre le noyau de graphite en utilisant l'hydrogène liquide. Pendant un an et demi, les ingénieurs et les scientifiques du SNPO ont lutté pour comprendre le problème et le corriger. Tandis que le travail avançait lentement pour construire un Kiwi-B modifié, le RIFT continuait de dépérir en raison du manque de missions. Le problème était similaire à celui d’un autre programme de la NASA, le Saturn-C : Trop de performance trop tôt.

Sources :

NUCLEAR THERMAL PROPULSION
Nuclear Rocket Power in Space: Generational Legacy
Nuclear Thermal Rocket Propulsion (Pdf de très grande Taille !)