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Un carburant « vert » testé dans l'espace par la Nasa

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La Nasa cherche en effet à remplacer l'hydrazine des propulseurs, hautement toxique, par un autre carburant moins dangereux pour l'Homme et l'environnement. Ce sera l'AF-M315E, un carburant mis au point par l'US Air Force. Il sera testé dans l'espace en 2016 à bord du satellite GPIM.

Le satellite GPIM est la première tentative des États-Unis pour tester la technologie de propulsion verte pour l'avenir de l'exploration spatiale. © Nasa

L'hydrazine est couramment utilisée dans l'industrie spatiale pour les moteurs à faible poussée permettant les corrections de trajectoire et le positionnement sur orbite des satellites et des sondes spatiales. Elle sert également pour les véhicules habités ou de retour d'orbite, et ce fut le cas aussi pour la navette spatiale. C'est un monergol, c'est-à-dire qu'elle peut s'utiliser seul, donc sans imposer un couple carburant-comburant.

Mais, si ses performances sont remarquables, l'hydrazine a deux gros défauts : une très instabilité et une forte toxicité pour l'Homme et l'environnement. Il n'est qu'à voir les techniciens du Centre spatial guyanais en combinaison d'astronautes lorsqu'ils font le plein des satellites ou, lors du retour d'engins spatiaux, la nécessité de procéder à une neutralisation complète des ergols (passivation dans le jargon spatial). C'est vrai, par exemple, pour le X-37B (la mini navette américaine inhabitée) et pour le démonstrateur de rentrée atmosphérique IXV de l'Esa.

Seulement quelques minutes après son retour sur Terre, les équipes de l'U.S. Air Force s'affairent autour du X-37B pour le sécuriser. Ces deux « astronautes » vont purger les réservoirs de la mini navette d'éventuels restes d'hydrazine pour éviter toute contamination ou explosion accidentelle. Une véritable opération de déminage. © AF Space Command

Le HAN, un monergol efficace et plus facile à manipuler que l'hydrazine

Pour s'affranchir de ces contraintes, le laboratoire de recherche de l'US Air Force situé sur la base aérienne d'Edwards, en Californie, a mis au point l'AF-M315E. Sa toxicité est suffisamment faible pour que ses effets sur l'Homme et son environnement soient acceptables. L'élément principal de ce carburant est le nitrate d'hydroxylammonium (HAN). Quand il brûle, il dégage des gaz non toxiques tels que de la vapeur d'eau, de l'hydrogène et du dioxyde de carbone. De plus, comparativement à l'hydrazine, il s'évapore plus lentement et nécessite davantage de chaleur pour s'enflammer, ce qui le rend beaucoup plus stable. Son point de congélation inférieur à celui de l'hydrazine impose moins de puissance pour le maintenir à température à bord du satellite. Tout ceci concourt à le rendre plus sûr et plus facile à manipuler. Son efficacité est même meilleure car il est 40 % plus dense que l'hydrazine, ce qui permet pour un même volume un gain de 50 % de la performance.

Ces caractéristiques le rendent idéal pour une large gamme de petites missions d'exploration de l'espace lointain. Mais, bien que des essais au sol aient montré tout son potentiel, la Nasa veut tout de même s'en assurer en orbite. Elle va pour cela le tester en 2016 à bord de GPIM (Green Propellant Infusion Mission), un satellite doté d'un système de propulsion fonctionnant avec ce carburant. Conçu par Aerojet Rocketdyne, ce système se compose d'un réservoir de propergol et de cinq propulseurs d'une puissance de 1 newton chacun. Le HAN entraîne cependant une nouvelle contrainte thermique, en raison de températures de fonctionnement plus élevées que celles nécessaires pour l'hydrazine, ce qui a conduit à utiliser de nouveaux matériaux. Quant au satellite de la Nasa, il est construit par Ball Aerospace & Technologies à Boulder, Colorado.

La mission sera de démontrer les capacités pratiques de ce carburant « vert ». Pendant son vol autour de la Terre, le contrôleurs au sol réaliseront des manœuvres orbitales pour démontrer les performances du propulseur lors de corrections de trajectoire (contrôle d'attitude, rehaussement et abaissement d'orbite) ou de modifications de l'inclinaison du satellite.

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