Moteur ionique compact

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Message Ven 30 Mar 2012 - 12:54


L'EPFL est en train de développer un moteur ionique ultracompact, destiné aux satellites de moins de 100 kg.

http://actu.epfl.ch/news/un-vol-low-cost-vers-la-lune/


Un décilitre de carburant pour atteindre la Lune? Grâce au moteur ionique MicroThrust, les chercheurs de l’EPFL et leurs partenaires européens comptent inaugurer l’ère de l’exploration spatiale low-cost. Avec quelques centaines de grammes tout au plus, le dispositif est conçu pour prendre place dans de petits satellites, d’un poids compris entre un et 100 kilos. Il leur permettra de changer d’orbite terrestre, ou de rejoindre des destinations plus lointaines – des fonctions d’ordinaire réservées à de grands et coûteux engins spatiaux.
Un premier prototype vient de sortir des laboratoires. Le système est d’ores et déjà pressenti pour équiper CleanSpace One – un nanosatellite nettoyeur de débris spatiaux également conçu à l’EPFL – ainsi que l’essaim de nanosatellites hollandais OLFAR, qui ira traquer les ondes d’ultra-basse fréquence derrière la Lune.
Le moteur est conçu pour être logé dans un satellite aussi compact que 10 centimètres de côté. Le prototype ne pèse qu’environ 200 grammes, carburant compris.
...

Pas beaucoup de détails techniques, mais ça ressemble assez à des micropropulseurs colloidaux.
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Message Ven 30 Mar 2012 - 14:28


Le micro-moteur prend son temps, explique l'EPFL. "Nous avons calculé que pour atteindre l'orbite lunaire, un nanosatellite d'un kilo équipé de notre moteur ionique voyagerait environ 6 mois et consommerait 100 millilitres de carburant", a expliqué Muriel Richard, du centre de recherches spatiales de l'EPFL.
http://actu.orange.fr/sciences/mise-au-point-d-un-mini-moteur-ultra-compact-pour-petits-satellites-afp_546810.html

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Message Ven 30 Mar 2012 - 15:18


Voici la formule ionique semi- développée de ce composé ionique :
Moteur ionique compact Emi-bf10

On remarque que les ions éjecté polyatomiques sont lourds (masses ioniques élevées ) ce qui permet pour une poussée donnée de réduire la puissance nécessaire, mais augmente en contre-partie le débit massique éjecté . Toutefois ce débit massique restera très faible vu les très grandes vitesses d'éjection des ions.

De plus il n'y a pas besoin comme pour les moteurs ioniques à gaz ionisé (plasma) de consommer de l'énergie pour l'ionisation, ce qui réduit encore la puissance nécessaire pour ce type de moteurs ioniques .

Il reste toutefois de l'énergie à consommer pour extraire les ions de l'électrolyte , mais cette énergie doit être nettement inférieure à celle nécessaire pour ioniser des atomes .
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Message Ven 30 Mar 2012 - 15:42


Ce serait une caractéristique intéressante, c'est justement l'énergie d'ionisation qui limite le rendement des propulseurs ioniques/plasmiques, surtout à basse Isp, en plus d'ajouter de la complexité. Le coût d'ionisation est en général bien supérieur à 100 eV/ion.
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Message Ven 30 Mar 2012 - 21:11


Ca a l'air super sympa vu comme cela, mais pour un vol lunaire je me pose une paire de questions:

D'une part il faut faire quelques corrections de trajectoire, en général une ou deux sur le trajet pour se positionner au quart de poil, est ce faisable sans propulsion supplémentaire? Par ailleurs il y a un boost de capture à faire en fin de parcours et c'est assez critique en temps, autant sur mars on peut imaginer de l'aérocapture autant sur la lune cela semble assez difficile....Des idées?

Bons Vols
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Message Dim 1 Avr 2012 - 11:53


Avec quelques centaines de grammes tout au plus, le dispositif est conçu pour prendre place dans de petits satellites, d’un poids compris entre un et 100 kilos (...) Le moteur est conçu pour être logé dans un satellite aussi compact que 10 centimètres de côté.
Des cubesats manœuvrant ? Diable j'aimerais être étudiant aujourd'hui :)
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Message Lun 2 Avr 2012 - 5:40


@DeepThroat a écrit:Ca a l'air super sympa vu comme cela, mais pour un vol lunaire je me pose une paire de questions:

D'une part il faut faire quelques corrections de trajectoire, en général une ou deux sur le trajet pour se positionner au quart de poil, est ce faisable sans propulsion supplémentaire? Par ailleurs il y a un boost de capture à faire en fin de parcours et c'est assez critique en temps, autant sur mars on peut imaginer de l'aérocapture autant sur la lune cela semble assez difficile....Des idées?

Bons Vols


En abordant en « douceur » l’orbite lunaire la sonde spatiale Smart-1 a pu être capturée par la Lune, puis descendre en spiralant vers son sol avant de s’y écraser:
http://fr.wikipedia.org/wiki/SMART-1

La sonde Dawn actuellement encore en orbite autour de Vesta - avant de quitter cet astéroïde pour la planète naine Cérès - est un autre exemple qu'il est possible de se faire capturer en abordant progressivement des astres avec des moteurs ioniques :

https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t336p165-nouvelles-de-la-mission-dawn

Il est donc possible avec des faibles poussées de se faire capturer par un astre à condition de prendre son temps et d’éviter des trajectoires tendues.

Le problème qui reste pour la Lune est son manque d’atmosphère et son champ de gravité déjà trop important pour pouvoir s’y poser avec un moteur ionique et qui oblige, s’y on veut s’y poser en douceur , d’utiliser des rétrofusées chimique à plus forte poussée.
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Message Mar 3 Avr 2012 - 10:45


Pour les détails techniques, j'ai trouvé la thèse EPFL sur le sujet.
http://library.epfl.ch/theses/?nr=4255
(format pdf, 10 Mo, 149 pages, anglais)

En plus de l'avantage cité plus haut par rapport à l'ionisation, remarquer également que ce type de propulseur ne nécessite pas de neutraliseur, contrairement aux moteurs ioniques à grille et moteurs Hall (pour lesquels il faut une source d'électrons pour compenser la charge des ions positifs expulsés pour la propulsion).
=> structure assez simple, se prêtant bien à la miniaturisation et production en grande série
Suivant la tension appliquée, les valeurs expérimentales d'impulsion spécifique vont de 2360 à 3710 s, valeurs mesurées pour une grille de 19 micropropulseurs (table 5.4, p110).

Bonne lecture
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