Des moteurs à ions similaires à celui de la petite sonde américaine Deep Space 1 pourraient être utilisés lors d'un voyage vers Mars. Ces moteurs, dont la puissance est bien supérieure à celle des moteurs chimiques classiques, consomment des gaz neutres comme le xénon. Les atomes sont ionisés et noyaux atomiques produits (ions chargés positivement) sont séparés des électrons avant d'être accélérés puis éjectés par un champ magnétique, ce qui produit en retour une poussée. En sortie de tuyère et pour éviter qu'ils ne reviennent en arrière, les ions positifs sont neutralisés par un flux d'électrons. Les atomes fêtent ces retrouvailles en émettant une belle lueur bleue. Si un moteur à ions ne consomme que très peu de carburant (ce qui allège considérablement le vaisseau) et s'il peut fonctionner de manière continue, sa poussée est cependant très faible. Un vaisseau propulsé par un moteur ionique met très longtemps à prendre de la vitesse et il ne révèle sa puissance que lors des vols de très longues durées. Jour après jour le vaisseau accélère d'un poil et à terme, il peut atteindre des vitesses stupéfiantes, mais pour des trajets très courts, ce n'est même pas la peine d'y penser. Dans le cas d'un voyage vers Mars, les moteurs ioniques seraient donc surtout utilisés par des vaisseaux cargos inhabités placés sur des trajectoires lentes. Le dessin d'artiste ci-dessus représente l'un de ces vaisseaux cargos, capable de transporter 130 tonnes de fret en 6 mois et demi. Ses moteurs ioniques nécessitent une puissance électrique de 10 mégawatt, fournie par des panneaux solaires ou par un réacteur nucléaire (Crédit photo : Pat Rawlings).  
 
 
 
La mise en ?uvre de moyens de propulsion beaucoup plus efficaces que les traditionnels moteurs chimiques permettrait de parcourir plus vite la distance qui sépare la Terre de la planète rouge. En raccourcissant le voyage, on diminue automatiquement l'importance des problèmes liés à l'apesanteur et à l'exposition aux rayons cosmiques, sans compter que l'équipage bénéficie aussi de la possibilité de faire demi-tour rapidement en cas d'incident majeur. Pour ramener la durée du trajet à quelques mois, on pourrait utiliser un moteur nucléaire de type NERVA. Dans un vaisseau de ce type, on réalise la fission de combustible nucléaire (uranium, plutonium) dans un réacteur, la chaleur produite étant utilisée pour chauffer à 2500°C de l'hydrogène qui est ensuite éjecté à haute vitesse dans l'espace. Les vitesses d'éjection atteintes sont trois à cinq fois supérieures à celles d'un moteur chimique classique, ce qui permet de raccourcir considérablement la durée d'un voyage interplanétaire. Seul inconvénient du système, la nécessite de conserver l'hydrogène à l'état liquide (-217°C) à l'aide d'unités cryogéniques qui consomment énormément d'énergie. Heureusement, le réacteur nucléaire est lui-même une source d'énergie bien plus efficace que les traditionnels panneaux solaires. Il peut non seulement servir à refroidir l'hydrogène, mais il est également capable d'alimenter à lui tout seul les principaux systèmes du vaisseau (moteurs, dispositifs de communication, système de gravité artificielle). Ce type de vaisseau représente la solution idéale pour entreprendre un voyage vers la planète Mars, mais l'envoi d'un réacteur nucléaire dans l'espace sera vraisemblablement très mal perçu par l'opinion publique, pour qui la manipulation de l'atome est un sujet tabou. Le système serait pourtant très sûr. Le moteur nucléaire ne serait allumé que durant la phase de croisière entre Mars et la Terre. Lors du décollage proprement dit, assuré par un moteur chimique conventionnel, le réacteur nucléaire serait inerte (Crédit photo : droits réservés).  
 
 
 
Autre solution pour aller plus vite : le moteur à plasma. Considéré comme le quatrième état de la matière, le plasma est une soupe extrêmement chaude constituée d'un mélange d'électrons et de noyaux atomiques. Ce milieu gazeux est une telle fournaise qu'il est capable de fondre n'importe quel métal et aucun matériau terrestre ne peut contenir du plasma. Pour le confiner, il faut avoir recours à des champs magnétiques extrêmement puissants. Un moteur à plasma comporte d'abord une chambre ou un gaz (l'hydrogène) est ionisé et transformé en plasma grâce à des micro-ondes identiques à celles des fours que nous utilisons pour réchauffer notre café le matin. Le plasma est ensuite accéléré avant d'être expulsé par une tuyère magnétique dont l'ouverture est réglable. La poussée obtenue permettrait de rejoindre Mars en trois à quatre mois. Le vaisseau utiliserait une trajectoire spirale de 30 jours pour échapper à la Terre avant d'entamer un voyage de 85 jours. La croisière a lieu en deux temps. Dans une première phase, l'équipage subi une accélération continue, ce qui provoque au passage l'apparition d'une gravité artificielle. Celle-ci sera généralement très faible et ses effets risquent d'être négligeables, mais une poussée suffisamment importante pourrait un jour permettre de lutter contre les effets de l'apesanteur. Au beau milieu du parcours, le vaisseau fait demi-tour et continue le trajet en marche arrière. Cette phase de freinage est indispensable pour faire perdre au vaisseau la majorité de la vitesse accumulée pendant la première phase et assurer ainsi sa mise en orbite autour de Mars. On voit que le fonctionnement du moteur à plasma est bien différent de celui des moteurs chimiques conventionnels. Ces derniers assurent une poussée très brève au départ, le vaisseau continuant ensuite sur sa lancée. De son côté, le moteur à plasma exerce une poussée continuelle tout au long du voyage. Il rejoint donc les moteurs des vaisseaux des films de science-fiction, qui sont toujours en permanence allumés ! (Crédit photo : Pat Rawlings).  
 
 
 
Les voiles solaires représentent un dispositif élégant et original de propulsion. Le soleil émet en permanence des photons (particules composant la lumière), que l'on peut utiliser pour faire avancer un vaisseau. Pour profiter du vent solaire, il suffit de déployer des voiles sur lesquelles s'exercera la poussée infime des photons solaires. Lentement mais sûrement, le voilier spatial se mettra à accélérer. L'accélération sera minime au départ mais cumulée sur des dizaines d'années, elle pourra atteindre des valeurs phénoménales. Ce dispositif est extrêmement économique, puisqu'il ne nécessite ni moteur ni réservoirs de carburant (bien que l'on puisse aussi pousser artificiellement ces voiles solaires avec de puissants lasers basés au sol ou dans l'espace). Mais deux challenges restent à résoudre avant de pouvoir sillonner le système solaire à bord de ces papillons célestes. Les voiles devront être taillées dans un matériau à la fois très léger (pour pouvoir bénéficier au maximum de la poussée des photons solaires) et très résistant (pour éviter les déchirures). Ces structures gigantesques et fragiles, dont l'envergure atteindra facilement la centaine de mètres, devront également être déployées grâce à un mécanisme adéquat, qui pourrait facilement constituer un véritable casse tête pour les ingénieurs (Crédit photo : droits réservés).
 
 
 
Si les photons émis par le soleil peuvent propulser des voiles solaires, on peut aussi tirer parti du vent solaire, qui est lui constitué de particules chargées. Pour utiliser ces dernières, il faudra déployer une bulle magnétique. La bulle va dévier les particules du vent solaire en recevant en contrepartie une poussée. La création d'un champ magnétique permet de s'affranchir de l'épineux problème de déploiement des voiles solaires. Une source d'énergie sera cependant requise pour créer et maintenir le champ magnétique porteur. Voyageant à la vitesse phénoménale de 300 à 800 km/s, les particules du vent solaire pourraient transmettre à terme cette vitesse à tout vaisseau doté d'une bulle ou d'un bouclier déflecteur magnétique (qui protégera de surcroît l'équipage des éruptions solaires) (Crédit photo : droits réservés).

How can one test an inductive nuclear engine on the ground?
... Since the loop cannot be closed, the
exhaust gas is dumped to the atmosphere, and
part of its potential nuclear contaminants too,
even when the gas is scrubbed....