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Un propulseur à plasma "sans parois" pour les satellites électriques

Séverine Fontaine
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Un propulseur à plasma

Le propulseur de Hall PPS-Flex en tir avec du xénon en configuration « sans parois » à l'ESA.

© ICARE / GREM3

Améliorer les capacités des propulseurs des futurs satellites de communication "tout électriques" passe par une nouvelle configuration. Des chercheurs du CNRS ont mis au point un propulseur dit "sans parois" qui permettrait de réduire la consommation des satellites et augmenter leur durée de vie. Explications.

S'affranchir des moteurs à carburant chimique pour passer au tout électrique. C'est l'un des objectifs que se sont fixés les constructeurs de satellites Airbus D&S et Thales - soutenus par le Cnes et l'Agence spatiale européenne (ESA) - pour rester dans la course à l'électrique. Pour y arriver, ceux-ci collaborent avec des équipes de recherche du CNRS et des universités pour améliorer les propulseurs plasmiques à "effet Hall" de ses satellites. Testée le mois dernier à l’ESA avec le propulseur PPS-Flex construit par l'équipe du GREM3 du Laboratoire Laplace, la nouvelle configuration "sans parois" du propulseur plasma de l’équipe Icare du CNRS consiste à produire et accélérer les ions à l'extérieur du réacteur, dans le vide. Ainsi, réaliser la propulsion à l'extérieur du moteur éviterait les interactions directes entre le plasma et les parois du moteur. Ce qui empêcherait l'usure du moteur et allongerait de ce fait sa durée de vie. « L’usure du moteur est due au fait que certains ions percutent la paroi en sortie du propulseur, ce qui crée une érosion de la céramique », explique Stéphane Mazouffre de l’équipe Icare du CNRS. 

Le propulseur plasma (magnétoplasmadynamique) est une technologie de propulsion électrique. Ce type utilise la force électromagnétique provenant de l’interaction entre un courant électrique et un champ magnétique (force de Lorentz) pour accélérer un gaz ionisé (plasma) et provoquer une poussée. Le champ électrique est plus exactement généré « par la combinaison d'un champ magnétique et d'une différence de potentiel électrostatique entre une anode et une cathode » peut-on lire dans le magazine du Cnes du mois d'octobre.

En vidéo, l'explication du fonctionnement du propulseur à plasma PPS-Flex (un prototype de laboratoire) par l'équipe du GREM3 datant de novembre 2012 :

Vers une réduction de la taille des moteurs

Le passage du chimique à l'électrique a permis l'allègement du lanceur (1 à 2 tonnes en moins en masse de carburant) et par la même une réduction du coût de lancement. Proposer une solution de propulseur sans parois « permettrait d'allonger la durée de vie et de faire fonctionner les moteurs à plus haute tension, explique le chercheur. Ce qui permettrait d'économiser encore du carburant ». Bien que les résultats de ces expériences sur le propotype de propulseur permettent aux chercheurs de proposer une nouvelle configuration d'architecture pour un propulseur à effet Hall sans parois, les recherches continuent. Et si les résultats de ce type de propulseur sont bons (pas d'érosion, bonnes performances...), on peut alors imaginer une réduction de la taille du moteur qui pourrait s'affranchir de certains composants. 

Sur cette photo, le plasma (le cercle bleu lumineux) est à l'extérieur et ne touche pas le moteur : 

Ci-dessous, le propulseur à effet Hall PPS-Flex. En noir, le moteur et le canal blanc est la céramique : 

Plus d’informations sur les travaux de l’équipe Icare du CNRS sur le blog de Stéphane Mazouffre.

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