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Vers Mercure, BepiColombo carbure à l’électricité

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Par publié le à 09h12

Vers Mercure, BepiColombo carbure à l’électricité

Ici en cours de test, ce moteur ionique à grilles de la gamme T6 de Qinetiq est l'un des quatre qui équipent le module de transfert de la sonde BepiColombo.

Une collaboration entre les agences spatiales européenne et japonaise envoie deux orbiteurs vers Mercure samedi 20 octobre. Baptisé BepiColombo, la sonde entame un voyage de sept ans à l’aide de quatre moteurs ioniques. C’est la première fois que ce mode de propulsion électrique est utilisé dans le cadre d’une mission d’exploration interplanétaire.

Le compte à rebours est lancé. Samedi 20 octobre à 3h45 du matin (heure de Paris), la sonde BepiColombo décollera à bord d’une fusée Ariane 5 depuis le port spatial européen de Kourou (Guyane). Elle entamera un voyage de 8,5 milliards de kilomètres pendant sept ans avant d’atteindre Mercure. Objectif : étudier la structure interne de la planète, son champ magnétique, son interaction avec le soleil et le vent solaire. « Il s'agit de l'une des missions les plus complexes et ambitieuses que nous ayons faites à ce jour », affirme Didier Morançais, responsable marketing et vente des satellites scientifiques et d’exploration au sein d'Airbus Defence & Space. Maître d’œuvre industriel pour le compte des agences spatiales européenne (Esa) et japonaise (Jaxa), l'entreprise a intégré les quatre modules de la sonde : deux orbiteurs, un bouclier solaire et un module de transfert. Ce dernier contient le système de propulsion qui a la particularité d’être électrique. Si ce mode de propulsion se développe dans l’industrie des satellites et a déjà été utilisé pour visiter des astéroïdes ou la Lune, c’est une première pour une mission vers une autre planète.

Construits par l’entreprise britannique Qinetiq, les quatre moteurs ioniques ont été livrés à l’Esa en juin 2015. Il s’agit d’une technologie dite « à grilles », dont le fonctionnement est décrit dans le schéma ci-dessous. Ils sont basés sur le même modèle - en plus gros - que celui utilisé lors de la mission GOCE de l’Esa. Celle-ci avait étudié le champ gravitationnel de la Terre entre 2009 et 2013.

Peu gourmand et endurant

L’avantage de la propulsion électrique : elle consomme très peu par rapport à la propulsion chimique. Un atout précieux dans le cadre de missions pour lesquelles il est préférable d’emporter des instruments scientifiques plutôt que du carburant. Mais encore faut-il avoir le temps. Car s’il est économe en carburant et qu’il peut fonctionner très longtemps, le moteur ionique exerce une poussée très faible. Sur BepiColombo, chacun des moteurs a été conçu pour fournir une poussée comprise entre 75 mN et 145 mN. Quelques ordres de grandeur : les propulseurs chimiques qui orientent actuellement la sonde Insight vers Mars fournissent des poussées comprises entre 4,4 N et 22 N. Celui qui a permis à la sonde TGO de la mission ExoMars de se mettre en orbite autour de la planète rouge fournit 424 N. Ou encore : les 27 moteurs de la fusée Falcon Heavy de SpaceX offrent une poussée de 22 819 kN au décollage.

La faible consommation du moteur ionique vient de la grande vitesse des particules qu’il éjecte. En propulsion chimique, celle-ci est limitée à 5,2 km/s, quel que soit le carburant. En effet, elle est liée à l’énergie de liaison des molécules transformées via une réaction de combustion puis une détente pour faire de l’énergie cinétique. En propulsion électrique, l'astuce est de découpler l'énergie de la matière éjectée. L’énergie vient des panneaux solaires et permet d’accélérer des particules. En l’occurrence, ici, des ions. Plus l’énergie fournie est grande, plus leur vitesse d’éjection s’accroît.

Après s’être extirpée de la gravité terrestre à bord d’une fusée Ariane 5 – dont la propulsion est bel et bien chimique – la sonde entamera un voyage de sept ans pendant lequel ses moteurs ioniques seront utilisés en complément de neuf assistances gravitationnelles : un passage autour de la Terre, deux autour de Venus, et six autour de Mercure. Le module de transfert sera alors éjecté et les deux orbiteurs prendront le relais pour étudier cette planète dans des conditions particulièrement difficiles. En effet, les équipements seront exposés à des variations de températures extrêmes. Celles-ci pouvant aller de -180°C à 450°C.

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