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La propulsion électrique au programme de l'ESA

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Au regard des objectifs scientifiques proposés par des scientifiques qui souhaitent aller toujours plus loin toujours plus vite, les missions spatiales de ces 20 prochaines années devront être propulsées par un nouveau type de moteur. En effet, la propulsion chimique a montré ou atteint ses limites. La maîtrise de la propulsion électrique est la clé de la porte des étoiles, une innovation technologie qui nous propulsera dans une nouvelle ère de la conquête spatiale.

Le principe de tout type de propulseur dans l'espace consiste à accélérer des molécules et à les expulser du satellite à la plus grande vitesse possible. Les propulseurs classiques utilisent une réaction chimique entre un combustible et un comburant pour échauffer un gaz et éjectent ses molécules à une vitesse de l'ordre de 3 km/s. Les systèmes de propulsion électrique commencent par ioniser (charger électriquement) des molécules de gaz (du xénon dans le cas présent) ; le gaz ionisé est alors accéléré par des champs électriques et éjecté du satellite à une vitesse de l'ordre de 30 km/s.

Aujourd'hui, une telle technologique équipe le satellite de télécommunications Artemis. Déployé sur une mauvaise orbite peu après son lancement, Artemis rejoint patiemment son orbite de travail au moyen de petits propulseurs, initialement conçus pour permettre le contrôle de l'inclinaison de l'orbite. La mission est considérée comme sauvée, ce qui n'aurait pas été le cas avec un système de propulsion classique. En effet, a masse équivalente, un moteur électrique offrira toujours une autonomie nettement supérieure à un moteur chimique.

La prochaine étape pour l'ESA, est le lancement attendu au début de l'année prochaine de son premier démonstrateur de technologie avancée du programme SMART (Small Mission for Advanced Research and Technology). Le principal objectif de SMART-1 est de tester en vol pendant plusieurs mois un système de propulsion hélio-électrique lors d'une mission vers la Lune. Ce propulseur utilise le xénon comme combustible. Les atomes de xénon sont ionisés et les ions produits sont accélérés par un champ magnétique, avant d'être expulsés dans l'espace. Ce type de moteur permet d'obtenir des poussées 10 fois supérieures à celles qui caractérisent les propulseurs chimiques classiques.

SMART-1 se doit d'être une réussite. La mission conditionne le développement de la mission mercurienne BepiColombo et de Solar Orbiter qui poursuivra le travail des sondes Soho et Ulysse. A 38° au-dessus du plan de l'écliptique, Solar Orbiter étudiera la couronne, l'héliosphère et le plasma solaire, à une distance moyenne de 45 rayons solaires. Toutes deux seront équipées d'un moteur hélio-électrique pour répondre aux objectifs fixés par les scientifiques. La propulsion hélio-électrique est la technologie adéquate pour explorer le Système Solaire intérieur tout simplement parce que le Soleil est au maximum de sa puissance.

Au-delà de l'orbite jovienne, où la lumière solaire se fait discrète, l'utilisation d'un générateur nucléaire s'impose si l'on souhaite s'affranchir des distances qui nous sépare des objets les plus lointains du Système Solaire. Si l'on veut se rendre au-delà la Ceinture de Kuiper, découvrir les comètes endormies des premières heures du Système Solaire ou les gaz qui nous sont encore inconnus, il est clair qu'un nouveau gap technologique devra être franchi.

Par Rémy Decourt

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