L’ESA crée un moteur électrique "respirant" pour les satellites

Le 5 mars 2018, l'ESA a annoncé avoir testé avec succès le prototype d'un moteur ionique utilisant de l'air en guise de carburant. L'agence ouvre la voie à des systèmes de propulsion électrique qui repoussent les limites de l'autonomie pour des satellites en orbite très basse plongés dans une atmosphère.

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L’ESA crée un moteur électrique
La lumière en sortie du moteur ionique à air est violette. D'habitude, elle est bleue quand le carburant utilisé est du xénon.

Le moteur ionique classique utilise généralement du xénon sous forme de gaz comme carburant. Une équipe dirigée par l’Agence spatiale européenne (ESA) a créé un prototype fonctionnant à l’air. Dans un communiqué daté du 5 mars 2018, l’ESA indique qu’il s’agit d’une première mondiale : « Remplacer le carburant embarqué par des molécules atmosphériques permettrait de créer une nouvelle classe de satellites capables d'opérer à de très basses orbites pour de longues périodes. » L'agence précise que le système pourrait également être utilisé au sein d'atmosphères non-terrestres, comme celle de Mars, riche en dioxyde de carbone.

Le moteur ionique est un moyen de propulsion électrique de plus en plus utilisé pour amener les satellites vers leur orbite finale et les y maintenir. La sonde BepiColombo, qui s'envolera vers Mercure cette année, en sera également équipée. Le carburant gazeux est injecté dans une chambre où il est frappé par des électrons pour être ionisé. Les ions sont alors éjectés vers l’arrière du moteur, créant une poussée.

Propulseur à deux étages

Même si la propulsion ionique nécessite d’embarquer moins de carburant que la propulsion chimique, la quantité emmenée est un facteur limitant de la mission. Lancé en 2009, le satellite d’observation de la Terre GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) s’est éteint en 2013, une fois ses 40 kg de xénon épuisés. Et s’il avait pu utiliser l’atmosphère présente au niveau de son orbite, à 250 kilomètres d’altitude ? Le défi s’éloigne de la théorie pour se rapprocher du concept fonctionnel : le prototype de l’ESA a été testé avec succès dans une chambre à vide en Italie, dans des conditions simulant un environnement à 200 km d’altitude.

Le système de collecte des molécules d’air a été conçu par l’entreprise polonaise QuinteScience. « Le challenge était de concevoir un moyen de collecter les molécules d’air de manière à ce qu’elles ne rebondissent pas mais soient aspirées et comprimées », indique l’ESA dans son communiqué. Le collecteur a ensuite été assemblé au propulseur à deux étages réalisé par les italiens de Sitael. « Les deux étages assurent une meilleure ionisation et une meilleure accélération de l’air entrant, qui sont des opérations plus difficiles à réaliser qu’avec la propulsion électrique traditionnelle », assure l’ESA.

Le xénon a d’abord permis de tester l’allumage du prototype. Puis il a été remplacé par un mélange d’azote et d’oxygène après le démarrage. Enfin, des tests d’allumage sans xénon, avec uniquement un mélange azote-oxygène, ont permis de démontrer la faisabilité du concept. Et la lumière bleue caractéristique du xénon ionisé en sortie du moteur changea. Elle devint violette.

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