En mars 2018, l’Agence spatiale européenne (ESA) franchissait un grand pas dans la recherche aéronautique. Dans une chambre sous vide reproduisant l’environnement que l’on trouve à 200 kilomètres d’altitude, elle a testé avec succès un prototype de moteur spatial fonctionnant sans carburant embarqué. C’est le premier moteur ionique capable de générer son propre carburant à partir de l’air de la haute atmosphère. Plus propre, plus économique et dotée d’un carburant en quantité illimitée, cette technologie pourrait révolutionner l’industrie spatiale.
Du xénon et des panneaux solaires
Mais comment fonctionne ce moteur ? Et d’abord, qu’entend-t-on par moteur ionique ? Un moteur ionique est un moteur dont la propulsion se fait en accélérant des ions à très haute vitesse. D’une poussée trop faible pour être utilisée sur Terre – elle équivaut à un souffle sur une main tendue – , le moteur ionique est surtout réservé au domaine spatial. De plus en plus de sondes et de satellites de basse altitude, principalement les satellites de télécommunication et d‘observation terrestre, en sont équipés pour ajuster leur orientation ou pour empêcher qu’ils changent d’orbite.
Dans un moteur ionique, le carburant n’est pas brûlé mais ionisé. En apportant de l’énergie à un gaz – le xénon -, les constituants de celui-ci vont finir par s’ioniser. En d’autres mots, ils vont se transformer en particules électriquement chargées sous les chocs subis par les molécules et les atomes. Les ions ainsi libérés subissent une accélération et causent une force de réaction en sens opposé. C’est la force de propulsion du moteur ionique, plus faible qu’un moteur-fusée traditionnel mais beaucoup plus longue. L’énergie électrique nécessaire pour l’ionisation du xénon et l’accélération des ions libérés est en général obtenue grâce à des panneaux solaires.
Des missions plus longues
La propulsion ionique a comme principal avantage de nécessiter moins de carburant que la propulsion chimique. Une quarantaine de kilos suffit pour assurer le fonctionnement d’un moteur ionique pendant environ 5 ans. Mais cette quantité embarquée n’en reste pas moins un facteur limitant. Quand tout le xénon a été consommé et ionisé, la propulsion s’arrête et la mission de la sonde ou du satellite prend fin. La réponse la plus simple à ce problème consisterait à augmenter la quantité de xénon. Mais plus la charge utile augmente, plus cela coûte de l’argent. Il faudra en effet employer un lanceur plus lourd et brûler d’importantes quantités de carburant classique pour simplement envoyer l’engin dans l’espace.
Le nouveau moteur mis au point par l’ESA pourrait changer la donne. Plutôt que d’utiliser le xénon comme carburant, le prototype de l’ESA récupère l’air atmosphérique résiduel. Principalement composé d’oxygène et d’azote, celui-ci pénètre dans le moteur grâce à un collecteur qui rassemble les molécules d’air de manière à ce qu’elles ne rebondissent pas mais soient aspirées et comprimées. Ensuite, le propulseur à deux étages charge et accélère l’air entrant. Grâce à cette technologie utilisant un carburant en quantité illimitée dans la haute atmosphère (jusqu’à 250 kilomètres), de nombreuses missions pourraient durer très longtemps et étudier des phénomènes astrophysiques sur le long terme. De même, une nouvelle gamme de satellites en orbite très basse sur de très longues périodes pourrait voir le jour.
Objectif Mars
Ce type de moteur pourrait également être utilisé dans d’autres atmosphères que celle de la Terre et fonctionner avec l’air d’autres planètes. Il serait ainsi possible de récupérer le dioxyde de carbone de Mars et l’utiliser comme carburant. Une telle prouesse technique donnerait incontestablement du grain à moudre à Elon Musk, l’emblématique patron de SpaceX et de Tesla, qui souhaite voir son projet fou d’établir une colonie sur Mars se concrétiser avec l’envoi d’une première mission habitée en 2024. Soit dans cinq ans !
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Last modified: May 28, 2019
Le sujet est intéressant mais Pourquoi un satellite en orbite basse a t il besoin de moteur ionique? Il est lancé de façon conventionelle… une fois en orbite basse j’imagine qu’il doit contrer la trainée induite par ces molecules d’air résiduelles pour ne pas retomber trop vite. Pour les autres satellites plus haut il n’y a plus d’air. Pour Mars c’est aussi interessant vu la pression 100 fois plus faible que sur terre , a quelle altitude est l’orbite basse?
1. Le moteur ionique permet de rendre le satellite en quelque sorte immortel en lui donnant de petites impulsions qui lui permet de rester sur sa trajectoire de manière indéfinie. Utiliser un moteur ionique va permettre de réaliser des missions en orbite basse sur des durées très longues, ce qui n’était pas possible jusqu’à présent.
2. L’orbite basse de Mars va jusqu’à 6.000 km d’altitude. Comme la gravité est trois fois plus faible que sur la Terre (3,711 m/S2 contre 9,807 m/s2), l’extension est 3 fois plus grande. Donc, l’équivalent de 100 km d’altitude sur Terre se trouvera vers 300 km d’altitude sur Mars. Or l’orbite basse de la Terre est la zone de l’orbite terrestre qui va jusqu’à 2.000 kilomètres d’altitude. Il suffit de multiplier par 3 – 3 x 2.000 km = 6.000 km – pour obtenir l’équivalent sur Mars.