Avec l’image du jour : introduction à la propulsion ionique du future

Le Guru profite de cette récente image, ci-dessous, la pointe d’un propulseur ionique à l’électricité solaire (SEP pour Solar Electric Propulsion) à l’essai dans le laboratoire duJet Propulsion Laboratory de la NASA, pour vous présenter cette technologie spatiale.

En utilisant des ions de xénon pour induire une poussée, l’utilisation du moteur est envisagée dans le cadre du projet, Asteroid Retrieval and Utilization (ARU), qui consiste à capturer un petit astéroïde et à le réorienter en toute sécurité dans une orbite autour de la Terre. 

En fait, le moteur est une version radicalement mise à jour et remaniée de celle actuellement utilisée pour la mission Dawn de la NASA, une sonde spatiale qui se dirige vers la ceinture d’astéroïdes (représentée ci-dessous).

Alors, qu’est-ce que la propulsion ionique ?

La propulsion ionique est une technologie qui consiste à ioniser un gaz pour propulser un engin. Au lieu de propulser un vaisseau spatial avec les produits chimiques standard, le gaz xénon (qui est comme le néon ou l’hélium, mais plus lourd) est chargé électriquement, ou ionisé. Il est ensuite accéléré électriquement à une vitesse d’environ 30 km / seconde. Lorsque les ions xénon sont émis à une telle vitesse alors qu’ils s’échappent du véhicule spatial, ils poussent l’engin dans la direction opposée.

Quelles sont les implications de cette technologie pour l’exploration spatiale ?

Beaucoup de nouvelles missions pourront en profiter. La propulsion ionique n’a pas de valeur pour les missions qui nécessitent une forte accélération, et elle ne sera souvent pas utile pour les missions qui peuvent être réalisées rapidement à l’aide des systèmes de propulsion classiques (telles que les missions vers la Lune). Mais pour une grande variété de missions avec des besoins énergétiques élevés (tels que des missions vers des astéroïdes et des comètes, vers Mercure et le système solaire interne, et d’autres à l’extérieur du système solaire), l’accélération faible mais constante de la propulsion ionique l’emporte sur la propulsion à partir de solutions chimiques moins efficaces.

Concept artistique du système de propulsion ionique de la NASA baptisé Solar Electric Propulsion (SEP)

Pourquoi la NASA n’a pas utilisé cette technologie avant ?

Le premier moteur ionique de la NASA a été construit par le Glenn Research Center en 1960. Depuis lors, il y a eu de nombreux tests de la technologie en laboratoire et seulement quelques utilisations limitées dans l’espace. Les responsables des missions ne sont généralement pas prêts à prendre le risque d’adopter une nouvelle solution de propulsion et ont tendance à utiliser le système éprouvé de propulsion chimique.

Comparaison avec la propulsion chimique

Dans les circonstances pour lesquelles la propulsion ionique est appropriée, elle peut pousser un vaisseau spatial environ dix fois plus rapidement que la propulsion chimique. Parce que le système de propulsion ionique, bien que très efficace, est très doux dans son accélération, il ne peut pas être utilisé pour toute application dans laquelle une accélération rapide est nécessaire. C’est un moyen très économique d’effectuer de long trajet dans l’espace qui n’exige pas un grand réservoir de carburant comme ceux des propulseurs chimiques.

La technologie peut-elle être utilisée pour une mission habitée vers Mars ?

La propulsion ionique pourrait effectivement être utilisée pour une mission habitée vers Mars. La décision, quant à savoir si ce serait la meilleure approche, impliquerait de nombreuses questions comme de savoir quel technique pourrait envoyer le plus rapidement l’équipage sur la planète rouge (indépendamment de l’économie de carburant) afin de réduire l’exposition aux rayonnements et aux effets de longues périodes en apesanteur.

Vitesse maximale et carburant nécessaire

La vitesse ultime d’un vaisseau spatial utilisant la poussée d’ions dépend du nombre de propulseurs dont il dispose, le même principe s’applique aux systèmes de propulsion chimique, mais ils sont beaucoup moins efficaces. Par exemple, le système de propulsion ionique sur la mission Deep Space 1 (une mission réussie en 1998 qui consistait à tester de nouvelles technologies comme la propulsion ionique) transportait environ 81,5 kg de xénon, et il lui a fallu environ 20 mois pour l’utiliser entièrement. Il augmente la vitesse de l’engin d’environ 4,5 kilomètres par seconde, soit environ 15 000 km par heure. Avec la même quantité de propulseurs chimiques, il atteindrait seulement un dixième de cette vitesse. La vitesse dépend également de la capacité du générateur solaire et de la quantité de Xe transporté influant sur la vitesse finale. Les futures missions qui l’utiliseront auront probablement plus de propulseurs pour atteindre des vitesses encore plus élevées.

A partir de la NASA pour l’image du jour : The Engine Burns Blue et sur le concept du Solar Electric Propulsion : Solar Electric Propulsion (SEP).