- Le jour lunaire, un petit concentrateur solaire chauffe un bloc de régolithe à 280 °C.
- La nuit, un interrupteur thermique laisse passer juste ce qu'il faut de chaleur vers l'électronique.
- Fritté à 1 100 °C, le régolithe conduit la chaleur 70 fois mieux que la poussière d'origine.
La nuit lunaire, longue de 354 heures, est la principale cause de perte des engins posés sur la Lune. Maintenir leur électronique au-dessus de −40 °C demande environ 2 kWh de chaleur, soit près de 18 kg de batteries lancées depuis la Terre. Nous proposons de stocker cette chaleur dans le régolithe lui-même. Un bloc de 40 kg de simulant lunaire LUNA-1, fritté à 1 100 °C, est chauffé à 280 °C par un concentrateur solaire pendant le jour, puis restitue sa chaleur la nuit au travers d'un interrupteur thermique à paraffine. Testé dans la chambre à vide thermique THERMIS-3 sur un cycle jour-nuit complet, le système a maintenu un boîtier électronique entre −22 et +18 °C. Le bloc a stocké 2,5 kWh et en a restitué 2,0 kWh au boîtier (80 %). La masse à lancer se limite à 5,5 kg d'équipements.
01Deux semaines de froid
La Lune tourne sur elle-même en 29,5 jours. En un point de sa surface, le Soleil brille donc pendant environ deux semaines, puis disparaît pendant deux autres. Sans atmosphère pour retenir la chaleur, le sol passe de +120 °C à midi à −170 °C en fin de nuit. Les batteries et l'électronique d'un atterrisseur ne supportent pas de descendre sous −40 °C : la plupart des engins ne survivent pas à leur première nuit.
Pour passer la nuit, il faut environ 5,7 W de chaleur en continu pour un boîtier électronique bien isolé, soit 2,0 kWh sur 354 heures. Trois solutions sont possibles.
02Une bouillotte lunaire
Le principe ressemble à celui d'une bouillotte ou d'un radiateur à accumulation. Pendant le jour, un petit de 0,5 m² chauffe un bloc de régolithe enveloppé d'isolant. La nuit, le bloc rend sa chaleur au boîtier électronique posé contre lui. Tout l'enjeu est de ne pas tout rendre trop vite : c'est le rôle de l'.
03Fritter le régolithe
Le régolithe brut est une poussière de grains anguleux qui ne se touchent que par des pointes. Dans le vide, sans air entre eux, la chaleur circule très mal : c'est un excellent isolant, pas une réserve utilisable. Chauffé au-delà de 1 000 °C, il se : les grains se soudent par des ponts, sans fondre entièrement.
Le bloc d'essai, un cylindre de 40 kg (30 cm de diamètre, 24 cm de haut), a été fritté à 1 100 °C par , un procédé transposable sur la Lune. Il a été placé dans la chambre à vide thermique THERMIS-3, dont les parois refroidies à l'azote liquide reproduisent le froid du ciel lunaire, avec le concentrateur, l'interrupteur et un boîtier électronique instrumenté de 28 capteurs de température.
04Une nuit simulée de 354 heures
Après 60 heures de « jour » qui ont porté le bloc à 280 °C, la chambre a été plongée dans la nuit. Un second boîtier identique, sans stockage, servait de témoin.
| Grandeur | Valeur | Commentaire |
|---|---|---|
| Chaleur stockée dans le bloc | 2,5 kWh | de 280 à 18 °C |
| Chaleur rendue au boîtier | 2,0 kWh | 5,7 W en moyenne |
| Pertes par l'isolant | 0,5 kWh | 20 % du stock |
| Température minimale du boîtier | −22 °C | limite de survie : −40 °C |
| Boîtier témoin sous −40 °C | après 31 h | −163 °C en fin de nuit |
| Temps de recharge au jour | ≈ 11 h | concentrateur de 0,5 m² |
| Masse lancée | 5,5 kg | concentrateur, interrupteur, isolant |
05Conclusion
Un bloc de régolithe fritté suffit à faire traverser la nuit lunaire à un petit boîtier électronique, avec une marge de 18 °C sur sa limite de survie. En utilisant le sol lui-même comme réserve, la masse à lancer est divisée par plus de trois par rapport à des batteries. Le même principe, à plus grande échelle, pourrait chauffer les habitats d'une base lunaire.
LimitesLe frittage a été réalisé en laboratoire ; le faire sur la Lune demandera environ 60 kWh par bloc et un four adapté. Le simulant reproduit la composition moyenne du régolithe des mers lunaires, mais pas sa fraction de verre, qui pourrait modifier le frittage.
- Nuit simulée réussieTrois cycles complets en chambre.
- Frittage solaireFritter le bloc avec le concentrateur lui-même.
- DémonstrateurUn bloc de 200 kg pour un habitat.
