Un satellite avec un moteur électrique qui fonctionne dans les airsL'Agence spatiale européenne (ESA) a
réalisé les premiers tests mondiaux d'un moteur électrique qui utilise des molécules d'air dilué comme «carburant» (fluide de travail). Cette technologie est connue sous le nom de
Propulsion électrique respiratoire ou
Propulsion électrique respiratoire atmosphérique (ABEP). À l'avenir, ces moteurs pourront être installés sur des satellites qui tournent rapidement sur des orbites très basses.
Par exemple, un vaisseau spatial
GOCE avec un moteur ionique pour cartographier la gravité de la Terre pendant 56 mois a travaillé à une altitude de 260 km. Sa durée de vie est limitée par l'apport de xénon: il ne parvient à emporter que 40 kg avec lui. À la fin du xénon, le satellite est tombé impuissant et a brûlé dans l'atmosphère, et la mission a dû être terminée. Il n'y aura pas de tels problèmes avec l'air, car même dans la haute atmosphère, il y a suffisamment de molécules d'oxygène. Donc, si le satellite est contraint de quitter l'orbite, la raison n'en sera pas un manque de «carburant», mais l'usure des composants ou d'autres raisons.
En fait, nous parlons d'une nouvelle classe de satellites qui peuvent fonctionner très longtemps sur une orbite très basse. Et ce n’est pas tout. Des appareils similaires peuvent fonctionner dans la haute atmosphère d'autres planètes. Par exemple, sur le dioxyde de carbone dans l'atmosphère de Mars.
Moteur ionique dans l'air, photo prise lors des testsUn moteur ionique est un type de moteur-fusée électrique dont le principe est basé sur la création d'une propulsion à réaction à base de gaz ionisé, accélérée à des vitesses élevées dans un champ électrique. Il n'y a pas de pièces mobiles et pour créer une traction, il vous suffit d'alimenter les panneaux solaires en bobines et en électrodes. Dans la conception du moteur, le «générateur de flux de particules» fournit un flux de molécules à grande vitesse pour le système d'admission développé par la société polonaise QuinteScience. Ensuite, les particules sont ionisées et projetées, créant une traction.
Pour ce projet, les ingénieurs de l'ESA ont repensé le moteur ionique afin qu'il puisse utiliser des molécules d'oxygène à la concentration que le satellite peut capturer à une altitude de 200 km à une vitesse de 7 km / s.
La densité de l'atmosphère dépend de l'altitude et de l'activité solaire. De plus, le lieu et la période de l'année influencent. Les graphiques montrent la densité approximative de l'atmosphère en fonction de l'altitude et de l'activité solaire.
Pour garantir que l'engin spatial est maintenu à une hauteur donnée, la poussée du moteur doit être au moins égale à la valeur maximale de traînée aérodynamique dans des conditions d'activité solaire et géomagnétique maximale, et pour estimer le débit requis du fluide de travail ou de la durée de vie du moteur, il est nécessaire d'utiliser la valeur moyenne de la traînée aérodynamique. Le tableau montre la force de résistance correspondant à l'activité solaire et géomagnétique minimale et maximale. Les valeurs minimales, maximales et moyennes ont été calculées sur une période d'un an sur une grille géographique uniforme pour chaque niveau d'activité solaire et géomagnétique (
source ).
Un moteur ESA expérimental a été fabriqué par la société italienne Sitael. Il s'agit d'un moteur à deux étages qui offre la meilleure ionisation et accélération des particules que les systèmes de moteurs électriques traditionnels. Auparavant, la conception était testée par simulation informatique, puis le moment était venu de réaliser de vrais tests.
Les tests ont été effectués dans une chambre à vide (photo) avec une simulation des conditions à une altitude de 200 km.
Configuration expérimentaleÀ la première étape, le moteur a été vérifié au xénon à partir d'un générateur de faisceau de particules. Ensuite, le xénon a été partiellement remplacé par un mélange azote-oxygène. Lorsque la couleur du jet du moteur est passée du bleu au xénon au pourpre, il est devenu clair que le moteur fonctionnait dans l'air.
Le moteur à l'intérieur de la chambre à videAu final, le moteur a été tourné à plusieurs reprises uniquement sur le gaz atmosphérique pour prouver la viabilité de l'idée. Ainsi, l'utilisation de l'air comme «carburant» (fluide de travail) pour un moteur électrique n'est plus un fantasme, mais une idée complètement fonctionnelle.