Air & Cosmos

ESPACE
TECHNOLOGIE
Propulsion électrique :
au service des petits satellites
ACCOMPAGNANT L’ESSOR
INÉDIT DES PETITS
SATELLITES, LA
PROPULSION ÉLECTRIQUE
FAIT ACTUELLEMENT
L’OBJET DE NOMBREUSES
RECHERCHES, À L’IMAGE
DE CELLES MENÉES AU
SEIN DU LABORATOIRE
ICARE DU CNRS, À
ORLÉANS.
Grâce à une technologie
de plus en plus accessible
et abordable, et de nouvelles
offres de lancement adaptées,
on s’attend à une explosion
du nombre de petits satellites à
lancer ces prochaines années.
Cette tendance actuelle à rapetisser
les satellites se caractérise
par une production de masse et
des taux de remplacement plus
élevés, qui garantiront la fiabilité
des satellites qui tombent en
panne – des satellites jetables en
quelque sorte, dont la taille varie
d’1 à 10 kg pour les nanosatellites,
et de 10 à 200 kg pour les microsatellites.
Une évolution du
marché contraint les constructeurs
de satellites à trouver de
nouveaux systèmes de propulsion
adaptés à ces petits satellites, en
s’affranchissant des moteurs à
carburant chimique pour passer
au tout électrique.
Un peu partout dans le
monde, des recherches sont en
cours pour faire des propulseurs
à effet Hall miniatures existants
des systèmes compétitifs pour
les nano et microsatellites. Des
ergols (solide du type diiode
pour réduire le volume) à la
durée de vie (jouer sur la topologie
magnétique pour augmenter
la durée de vie sans détériorer
S. MAZOUFFRE & L. GRIMAUD - CNRS-ICARE
Propulseur à effet Hall ISCT100 opérant à 100 watts
avec du xénon. La poussée délivrée est de 7 millinewtons.
les performances), et de la cathode
(design simple, robuste,
qui consomme peu d’énergie)
à l’architecture (matériaux, géométrie),
tout est étudié pour réduire
les coûts.
ENjEu.
La propulsion ionique, plus communément
appelée propulsion
électrique, apparaît « particulièrement
bien adaptée à ces petits
satellites. Elle offre plus de souplesse
pour un gain de masse significatif
», nous explique Stéphane
Mazouffre, directeur de
recherche au sein du laboratoire
Icare du CNRS, à Orléans. Ce
physicien supervise des études
sur la propulsion spatiale à plasma
et travaille avec son équipe à
l’optimisation et la miniaturisation
de moteurs électriques.
« Notre objectif est de mettre
au point une gamme de propulseurs
à plasma consommant
quelques dizaines de watts et
capables de générer une poussée
de 1 à 10 millinewtons. »
Aujourd’hui, les moteurs à
effet Hall et les moteurs ioniques
à grilles sont les deux types de
propulsion électrique en service
sur les satellites et les sondes. Le
moteur à grille est plutôt destiné
à des missions « nécessitant une
faible consommation de carburant
», c’est-à-dire les « missions
interplanétaires ou pour la correction
d’orbite ». Le propulseur
à effet Hall, grâce à sa poussée
plus importante, « est mieux
adapté aux transferts d’orbites ».
Il existe bien d’autres types de
propulsion électrique, et on peut
citer par exemple les propulseurs
électrothermiques de type Helicon
et ECR, les propulseurs à
effet de champ et les propulseurs
à force de Lorentz. « Mais à
l’heure actuelle aucun type ne
semble prendre le dessus pour
les petits satellites », considère
Stéphane Mazouffre.
« Les moteurs à effet Hall ont
beaucoup d’avantages, mais peuton
les miniaturiser en maintenant
les performances ? C’est
tout l’enjeu d’une partie de nos
travaux. » La propulsion à effet
Hall consiste à créer un champ
magnétique pour piéger les électrons
du plasma et permettre
ainsi la formation d’une région
à fort champ électrique. La poussée
est ensuite assurée par l’extraction
et l’accélération des
ions positifs issus du plasma. Le
but est de trouver le « bon ratio
et compromis entre, d’une part,
les performances, le rendement,
l’impulsion spécifique et une
faible consommation et, d’autre
part, la simplicité du système
(propulseur, alimentation, car-
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N° 2560 8 SEPTEMBRE 2017