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Un moteur de vaisseau spatial plus efficace
Les ingénieurs de la NASA ont fini de tester un nouveau système de propulsion ionique pour les engins spatiaux en orbite autour de la Terre et interplanétaires. Le système est plus puissant et économe en carburant que ses prédécesseurs, ce qui lui permet de voyager plus loin que jamais.
Puissance ionique : Le nouveau système de propulsion ionique de la NASA est en cours de test au Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, en Californie.
La propulsion ionique fonctionne en chargeant électriquement, ou en ionisant, un gaz en utilisant l'énergie de panneaux solaires et en émettant le gaz ionisé pour propulser le vaisseau spatial dans la direction opposée. Le concept a été développé pour la première fois il y a plus de 50 ans, et le premier vaisseau spatial à utiliser la technologie a été Espace lointain 1 ( DS1 ) en 1998. Depuis lors, seuls quelques autres engins spatiaux non commerciaux ont utilisé la propulsion ionique : Mission de l'aube au système solaire externe, lancé en 2007 ; la mission japonaise de retour d'échantillons d'astéroïdes de l'espace lointain appelée Hayabusa , lancé en 2003 ; et l'Agence spatiale européenne a lancé le SMART-1 vaisseau spatial en 2003, il s'est écrasé sur la lune en 2006. (Il existe de nombreux satellites de communication commerciaux qui utilisent des propulseurs ioniques.)*
Construire le nouveau système de propulsion ionique sous le propulseur évolutionnaire au xénon de la NASA ( SUIVANT ) programme, ingénieurs à la NASA Centre de recherche Glenn à Cleveland, OH, modifié et amélioré la conception des moteurs utilisés pour DS1 et l'aube. Nous l'avons rendu physiquement plus gros, mais plus léger, avons réduit la complexité du système pour prolonger sa durée de vie et, dans l'ensemble, amélioré son efficacité, explique Michael Patterson, chercheur principal du projet.
Patterson a présenté un document décrivant le moteur au Conférence et exposition conjointes sur la propulsion tenue cette semaine à Denver. Il dit que son équipe pourrait commencer à construire une version prête pour la mission du moteur d'ici janvier 2010, ce qui prendrait environ 36 mois.
Les systèmes de propulsion chimique sont le plus souvent utilisés pour les engins spatiaux, mais ils nécessitent de grandes quantités de carburant et sont inefficaces pour les missions dans l'espace lointain. Vous êtes limité dans ce que vous pouvez apporter dans l'espace car vous devez transporter une fusée qui est principalement du carburant, explique Alexander Bruccoleri, chercheur au département d'aéronautique et d'astronautique du MIT. De plus, dit-il, il faut compenser le poids et la taille des réservoirs de propergol en construisant un engin spatial fragile ou qui n'a pas beaucoup de structures pour le renforcer.
Comme alternative, plusieurs groupes de recherche explorent les systèmes de propulsion électrique. Bien que ces moteurs produisent beaucoup moins de poussée que les moteurs chimiques, ils sont très efficaces, ce qui les rend idéaux pour les missions longue distance vers des astéroïdes, des comètes ou des planètes comme Jupiter et Mercure. Cependant, l'un des plus grands défis de la propulsion électrique est la puissance élevée et la durée de vie du système, explique Daniel Brent White, un autre chercheur en aéronautique et astronautique au MIT.
*Grâce aux commentaires des lecteurs, cette information a été corrigée pour inclure les missions européennes et japonaises.
Le nouveau moteur ionique s'appuie sur les systèmes de propulsion électrique utilisés par les deux DS1 et Dawn, dit Patterson. Il utilise la même méthode pour obtenir la poussée : le gaz xénon s'écoule dans une chambre de réaction à l'intérieur du moteur et est ionisé par les électrons ; des électro-aimants positionnés autour de cette chambre améliorent l'efficacité de l'ionisation. Des électrodes positionnées près des propulseurs du moteur (appelées optiques ioniques) sont ensuite utilisées pour accélérer les ions électrostatiquement et les projeter hors de l'échappement pour pousser le vaisseau spatial vers l'avant.
Les ingénieurs du Glenn Research Center ont optimisé la conception mécanique des aimants et de l'optique ionique du moteur, et ont apporté d'autres modifications, notamment la réduction du nombre de propulseurs, pour rendre le système plus puissant et plus efficace. Le moteur a un niveau de puissance plus élevé et une plage dynamique d'étranglement plus large - il peut aller d'une puissance très élevée à une puissance très faible - afin qu'il puisse fonctionner pendant de plus longues périodes et mieux exécuter sa mission, explique Patterson.
Michael Huggins, la direction de la propulsion spatiale et des missiles du laboratoire de recherche de l'Air Force à la base aérienne Edwards en Californie, déclare qu'il est important de trouver des moyens de rendre les systèmes de propulsion plus efficaces, plus petits et plus économiques. Le fait que la NASA cherche des appareils plus efficaces pour les missions interplanétaires est certainement la bonne réponse, dit-il.
Cependant, il existe des inconvénients potentiels à la propulsion ionique. Par exemple, l'énergie solaire ne peut pas être utilisée trop loin du soleil. Le solaire ne fonctionnera tout simplement pas à des distances comme Neptune, déclare White, qui a présenté un article lors de la même conférence sur l'utilisation de l'énergie nucléaire comme source d'énergie pour les missions dans l'espace lointain. Bien que cela fournirait beaucoup de puissance dans l'espace lointain, les problèmes de sécurité rendraient politiquement difficile le lancement d'un vaisseau spatial à propulsion nucléaire.
Le seul concurrent que nous ayons vraiment est la technologie chimique de pointe, dit Patterson. L'avantage que nous avons, c'est que nous sommes très économes en carburant. Ainsi, pour les missions planétaires complexes qui nécessitent beaucoup d'énergie, explique Patterson, les États-Unis et leurs partenaires internationaux, dont le Japon et les pays européens, passent aux moteurs à propulsion ionique.