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En vidéo : le moteur ionique, la clé des voyages spatiaux du futur

Pour les longs trajets dans le Système solaire, ou plus loin encore, le moteur ionique, peu puissant mais extraordinairement économe, semble idéal. C’est ce qu’explique très simplement John Brophy, de la Nasa, pour l’émission Voyage dans l’espace-temps, sur Discovery Science, jeudi à 21 h 00. Testez-en un avant-goût.

Un minimoteur ionique mis au point par le Français Marcel Guyot, du Groupe d’études de la matière condensée (Gemac-CNRS, université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines). Avec des aimants remplaçant les bobines, plus volumineuses, il peut être miniaturisé jusqu'à tenir dans un dé à coudre. Il serait alors suffisant pour pousser un minisatellite d'environ 1 kg. © Marcel Guyot, CNRS Un minimoteur ionique mis au point par le Français Marcel Guyot, du Groupe d’études de la matière condensée (Gemac-CNRS, université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines). Avec des aimants remplaçant les bobines, plus volumineuses, il peut être miniaturisé jusqu'à tenir dans un dé à coudre. Il serait alors suffisant pour pousser un minisatellite d'environ 1 kg. © Marcel Guyot, CNRS

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Pour s’arracher à la gravité terrestre, les énormes moteurs des lanceurs actuels sont ce que l’on sait faire de mieux aujourd’hui. Mais ils sont vraiment très gourmands. Ainsi, une Ariane 5 embarque dans sa partie inférieure environ 620 t de carburant (140 t d’ergols liquides – hydrogène et oxygène – et 480 t de propergol solide, la « poudre »).

En moins de neuf minutes, tout est consumé. L’étage supérieur ne se trouve alors qu’à 172 km d’altitude, avec une vitesse d’à peine 7 km/s. Il doit allumer un nouveau moteur, qui puisera dans un réservoir d’environ 10 t, pour atteindre, en peu de minutes, la trajectoire voulue à la vitesse requise.

Voyage dans l'espace-temps : c'est le titre de cette série, diffusée tous les jeudis soirs sur la chaîne Discovery Science. Ici, John Brophy, spécialiste des « propulsions exotiques » à la Nasa, nous explique le principe du moteur ionique, ballons à l'appui. Qui nous permettra peut-être un jour de nous rendre jusqu'à Proxima du Centaure (ou Proxima Centauri), l'étoile voisine du Soleil. © Discovery Science

Accélérer peu mais longtemps : c'est le moteur ionique

Dans l’espace, ces puissants moteurs sont terriblement inadaptés. Une fois la vitesse de libération atteinte (11 km/s pour un vaisseau quittant la Terre) et sans frottement atmosphérique, une minuscule poussée suffit pour produire une accélération et, une fois acquise, la vitesse ne change plus. Ces moteurs à ergols consomment alors beaucoup trop, imposant d’énormes réservoirs.

En 1911, le grand pionnier russe de l’astronautique Constantin Tsiolkovski avait découvert que l’on peut obtenir une excellente poussée avec une faible masse éjectée si sa vitesse est suffisamment élevée. Des particules électriquement chargées, ou des ions (des atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons) font l’affaire, puisqu’on peut les accélérer fortement dans un champ électromagnétique. Le Russe, ainsi que les pionniers Hermann Oberth (Allemagne) et Robert Goddard (États-Unis), n’imaginaient sans doute pas que des panneaux solaires pourraient fournir l’énergie pour créer ce champ.

Dawn et son moteur ionique en direction de Cérès

Des générations d’ingénieurs se sont acharnées sur ce « moteur ionique » dont la poussée, au sol, serait insuffisante pour propulser un vélo, mais qui peut fonctionner des jours, voire des mois, et même des années. La vitesse finale peut donc être très élevée. La sonde Dawn de la Nasa a mis quatre ans à atteindre 11,6 km/s, mais elle n’a consommé que 430 kg de carburant (du xénon). Après avoir visité Vesta en juillet 2011, l’engin, lancé en 2007, a changé sa trajectoire et vogue aujourd’hui vers la planète naine Cérès. La petite Smart-1, de l’Esa, a mis plus de 13 mois à se mettre en orbite lunaire, mais avec l’énergie de ses panneaux solaires et en consommant 60 L de xénon. Et l’histoire du moteur ionique comporte déjà une saga spatiale, celle de la sonde japonaise Hayabusa. Lancé en 2003, le petit vaisseau a visité l’astéroïde Itokawa en 2005, puis a subi une kyrielle d’ennuis, retardant son retour de trois ans. Mais elle est arrivée au bout.

Sortons nos calculettes et partons de l’accélération de Smart-1 : 0,2 mm/s/s. À chaque heure qui passe, la petite sonde voyait sa vitesse augmenter de 2,6 km/h. Si le moteur pousse pendant un an, quelle vitesse atteindra-t-elle en un an, en dix ans ? Bon voyage…


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