Méthodes de propulsion spatiale/Propulsion ionique
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DANS UN MOTEUR À IONS, le « carburant » n’est pas brûlé mais ionisé, plus précisément il prend la forme d'un gaz ionisé qu'on appelle un "plasma" : on enlève un électron à chaque atome. Ces atomes alors "amputés" d'un électron sont appelés des ions ; ils sont ensuite soumis à un champ électromagnétique produit par deux grilles chargées électriquement, l'une positive et l'autre négative, ce qui les fait accélérer. Enfin ils sont expulsés, faisant ainsi avancer la sonde.
Vu la très faible poussée fournie par le flux ainsi éjecté (malgré sa très grande vitesse), afin d'éviter toute dispersion anarchique qui se traduirait alors par une "pollution électronique" du véhicule ou un retour du flux ionisé (de charge positive) attiré par la grille négative dans le moteur, des électrons sont injectés au flux en sortie de tuyère à l'aide d'un canon à électrons. Cela rétablit la stabilité électronique du plasma initial et facilite sa dispersion.
Le xénon est utilisé comme carburant.
L'énergie électrique nécessaire à l'ionisation du carburant est obtenue avec des panneaux solaires mais on pourrait aussi l'obtenir avec des réacteurs nucléaires.
Le grand avantage des moteurs ioniques est qu'à la différence d'un moteur thermodynamique, on n'embarque que le « carburant » (le xénon) au lieu d'embarquer du carburant et du comburant. De plus, une petite quantité suffit à produire une poussée suffisante.
En effet, les moteurs de fusée thermodynamiques fournissent en peu de temps une poussée importante mais en utilisant de grandes quantités de carburant et de comburant. Les réserves de carburant et de comburant elles-mêmes doivent être propulsées tout autant que le véhicule spatial. Les moteurs de fusée doivent pouvoir supporter des contraintes énormes (pression, température) ; résoudre ces contraintes alourdit le moteur... En conséquence, le véhicule spatial doit emporter avec lui encore plus de réserves.
Les moteurs à ions, qui produisent une force de propulsion faible sur une longue durée, sont particulièrement économes. Ils produisent, par kilogramme de carburant, une énergie de propulsion supérieure à celle des moteurs de fusée conventionnels. Ils permettent donc, après un temps certes non négligeable, d'atteindre la même vitesse, et ce avec une consommation de carburant bien moindre. Le véhicule spatial peut alors emporter moins de carburant. Les moteurs à ions étant également beaucoup plus légers, ils permettent une nouvelle économie de carburant.
À cause de la faible poussée produite par les moteurs à ions, les fusées n'utilisent pas cette méthode qui est plutôt réservée aux sondes ou aux satellites.
Description technique
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Un propulseur ionique se compose essentiellement de trois éléments :
- une source d'ions, c'est-à-dire un dispositif d'ionisation permettant de séparer les ions des électrons. On cherche principalement à obtenir une production d'ions en grande quantité avec une charge uniforme grâce à différents procédés :
- l'ionisation par contact ;
- l'arc électrique ;
- ou l'induction HF ;
- une partie accélératrice et focalisatrice : elle accélère et met en forme le faisceau d'ions produits ;
- un système de neutralisation : des cathodes creuses permettant de recombiner les électrons et les ions pour éviter qu'une charge électrique n'apparaisse sur le propulseur et le système spatial auquel il est associé (satellite, sonde, etc.).
Les principaux propulsifs utilisables sont le césium, le sodium, le lithium, le platine, ou le xénon. Émettant une couleur bleutée caractéristique, ce dernier est le plus souvent employé du fait de sa neutralité chimique, alors que le sodium, par exemple, érode le moteur.
Satellites utilisant un moteur à ions
[modifier | modifier le wikicode]| Fiche engin spatial : Astra2A | ||
|---|---|---|
| Moteur | 
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| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | Boeing | |
| Poids | ||
| Utilisation | Communications | |
| Notes | ||
| Fiche engin spatial : Inmarsat 4 | ||
|---|---|---|
| Moteur |
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| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | Astrium | |
| Poids | ||
| Utilisation | Communications | |
| Notes | ||
| Fiche engin spatial : Intelsat X-02 | ||
|---|---|---|
| Moteur |
| |
| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | Astrium | |
| Poids | ||
| Utilisation | Communications | |
| Notes | ||
| Fiche engin spatial : Artémis | ||
|---|---|---|
| Moteur | 
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| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | ||
| Poids | ||
| Utilisation | Communications | |
| Notes | ||
Sondes utilisant un moteur à ions
[modifier | modifier le wikicode]| Fiche engin spatial : Smart 1 | ||
|---|---|---|
| Moteur | Ionique | 
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| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | ESA | |
| Poids | 366,5Kg dont 52Kg de Xénon | |
| Utilisation | Observation lunaire | |
| Notes | A été volontairement écrasé à la surface de la Lune à la fin de sa mission. | |
| Fiche engin spatial : Deep Space 1 | ||
|---|---|---|
| Moteur | Ionique | 
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| Type de carburant | Xénon | |
| Constructeur | NASA | |
| Poids | 486,32 kg | |
| Utilisation | Scientifique | |
| Notes | ||