Moteur ionique utilisant l’iode comme propulsif

[Giwa]

KosmosNews

Les spécialistes d'Energiya viennent de déposer un brevet concernant un système de stockage et d'alimentation en iode pour des moteurs électriques avancés.

[lambda0]

Il y a eu aussi quelques présentations de moteurs utilisant l'iode à IEPC 2017 : programme iSat (NASA), test du RIT-10 (ArianeGroup).
Le RIT-10, normalement conçu pour fonctionner au xénon, s'accommode très bien de l'iode.
Le coût du xénon n'étant pas si négligeable, si les autres coûts (lancement, satellites, etc.) baissent, ça risque de finir par se voir.

[Giwa]

Les énergies de première ionisation de l’iode et du xénon sont proches:1008 et 1170 kJ/mol et de même les masses molaires atomiques : 127 et 131 g/mol
De plus l’iode est bien moins rare et plus facile à stocker sous forme solide que le xénon à l’état gazeux.
On peut ensuite facilement l’obtenir sous forme gazeuse par sublimation avant de l’ioniser.
Bien sûr, il doit y avoir quelques problèmes techniques à maîtriser...peut-être un encrassage par condensation à l’état solide de parties trop froides au démarrage, mais qui semblent en voie de résolution.
C’est une voie prometteuse pour la propulsion ionique.

[lambda0]

Je ne lis pas le russe, mais d'après les schémas de cet article de 2013, c'est un moteur Hall que Energia a fait fonctionner avec de l'iode à la place du xénon.
https://www.energia.ru/ktt/archive/2013/02-2013/02-04.pdf

Et Busek, un fabriquant américain de moteurs Hall, a fait pareil.
Quelques éléments ici sur les gains en terme de réduction du réservoir :
http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2013index/xi1i0x3l.pdf

[Giwa]

Merci lambda0 pour ces informations 
C’est vrai qu’il faut tenir compte de l’énergie de dissociation  de l’iode moléculaire en iode atomique, heureusement faible de 1,54 eV
Quant aux dépôts par condensation solide, ils apparaissent minimes.
Le dernier point qui pouvait poser problème, c’était une attaque chimique du matériel, problème qui peut être résolu par un revêtement fin de nickel.
 En tout cas cela semble très intéressant pour des moteurs ioniques de puissance en grappe pour des remorqueurs, l’exploration planétaire et la récupération d’astéroïdes 

Large thrusters like the BHT-8000 can be clustered to 100-kW and above for large orbital tugs, planetary exploration, and asteroid retrieval.

[Arès F]

Un autre élément positif de l'Iode par rapport au Xénon pourrait être aussi de pouvoir facilement refaire le plein en orbite. Je ne suis plus certain mais je crois avoir lu que transférer du Xénon en orbite serait très compliqué et très très lent. Votre Avis?

[Giwa]

Un autre élément positif de l'Iode par rapport au Xénon pourrait être aussi de pouvoir facilement refaire le plein en orbite. Je ne suis plus certain mais je crois avoir lu que transférer du Xénon en orbite serait très compliqué et très très lent. Votre Avis?

Effectivement faire un plein en iode ne doit pas être difficile puisqu’il se présente sous forme solide à température et pression normale (0ºC et 1 atm):il suffit de changer la cartouche.
Par contre pour le xénon, je n’en sais pas grand chose à part que pour le conserver liquide à 0ºC,il doit être sous très forte pression puisque le point critique est de 290 K(soit 27ºC environ) pour une pression de presque 6 M Pa. Toutefois cela ne doit pas faciliter le remplissage de la bonbonne de stockage s’il faut la remplir et même pour la remplacer.

[lambda0]

25 h pour remplir le réservoir de 425 kg de xénon de Dawn, pour dissiper la chaleur de la compression...
Ils se sont aperçus au moment du remplissage que ça aurait été moins pénible avec un système de refroidissement.

[Giwa]

25 h pour remplir le réservoir de 425 kg de xénon de Dawn, pour dissiper la chaleur de la compression...
Ils se sont aperçus au moment du remplissage que ça aurait été moins pénible avec un système de refroidissement.

Effectivement en consultant ce tableau  , on s’aperçoit que la conductivité thermique du xénon est nettement plus faible que celle de l’hélium et qu’un dispositif de refroidissement aurait été utile pour gagner du temps. Après coup, c’est facile de dire que l’on aurait pu le prévoir...puisque pour les gaz, la conductivité thermique est inversement proportionnelle à la racine carrée de sa masse moléculaire  ;)

[Giwa]

https://a.msn.com/r/2/BB1aMJ1I?m=fr-fr&ocid=News
un essai en cour d'un moteur ionique utilisant l'iode comme propulsif : à suivre !

[Giwa]

A souligner que ce propulseur ionique à iode innove, non seulement par l'utilisation d'iode ionisée à la place d'un gaz noble, maïs surtout rare et donc onéreux ( en particulier pour le Xénon et un peu moins pour le Krypton utilisé par SpaceX) , mais aussi par le système d'accélération des ions et des électrons pour leurs éjections à partir du plasma qui utilise une grille sous tension alternative éjectant séparément les ions et les électrons , qui se recombinent ensuite après l'éjection . Ce dispositif élimine le problème de l'usure de la cathode des moteurs ioniques classiques;

[lambda0]

Ils ont fait une présentation à IEPC 2019, j'avais vu passer leur article.
Voir ici pour les détails techniques :
http://electricrocket.org/2019/811.pdf

Outre le coût du propulsif, l'intérêt de ce système est que c'est plus facilement miniaturisable que les moteurs Hall, ce qui est important pour le marché des nanosatellites.
Mais l'iode pose d'autres problèmes que le xénon, en particulier à cause de sa réactivité chimique, et l'article mentionne également une toxicité.
Il y a donc une recherche sur les matériaux du moteur, pour maitriser les problèmes de corrosion.
Voir également l'alimentation du moteur avec un propulsif initialement solide, contrairement au xénon.
Les valeurs d'Isp atteintes sur le premier dispositif expérimental sont de l'ordre de 700-1000 s (configuration privilégiant la poussée), le but des futures expériences étant d'arriver à 1500 s (comparable aux moteurs Hall), et d'aller à 4000 s pour certaines applications.
Affaire à suivre.