Les propulseurs ioniques T6 économes en carburant enverront BepiColombo à Mercure d'ici 2024

La façon la plus simple d'expliquer les avantages d'un propulseur ionique pour l'exploration spatiale par rapport à une fusée consiste à les comparer dans le style simple «Tortue et le lièvre»: le plus rapide des deux - dans ce cas, la fusée - ne gagne pas toujours la course.

«Le lièvre est un système de propulsion chimique et une mission dans laquelle vous pouvez allumer le moteur principal pendant 30 minutes ou une heure, puis pour la majeure partie de la mission que vous côtoyez», explique Michael Patterson, technologue principal du programme de technologies de propulsion dans l’espace de la NASA. Inverse. «Avec la propulsion électrique, c'est comme la tortue, en ce sens que la vitesse initiale du vaisseau spatial est très lente, mais que la poussée est continue sur une très longue durée (plusieurs milliers d'heures) et que le vaisseau spatial finit par capturer un très grand delta à la vitesse.."

Les propulseurs ioniques seront utilisés dans le cadre de la mission de l’Agence spatiale européenne (ESA) à Mercure. Le BepiColombo (peut-être le vaisseau spatial ayant le son le plus britannique à ce jour) sera lancé en 2017, survolera Vénus en 2019 et 2020 et sera capturé par la gravité de Mercure en 2024.

L’engin spatial utilisera des propulseurs ioniques spécialement conçus T6, qui permettront à l’ESA d’étudier la planète la plus profonde de notre galaxie au cours d’une mission de près de sept ans. Deux orbiteurs de l'ESA et de l'Agence spatiale japonaise (JAXA) déployés par BepiColombo seront également en mesure d'analyser la surface de la planète pendant une année terrestre.

La logistique de ce long voyage n’aurait pas été possible sans la technologie de propulseur ionique, que Patterson développe depuis des années en tant qu’ingénieur concepteur de la mission Deep Space 1 Dawn de la NASA et chercheur principal du système de propulsion NEXT (Evolutionary Xenon Thruster) de la NASA. Il explique que la technologie offre une économie de carburant bien supérieure, la capacité de mener des missions plus longues (comme celle entreprise par BepiColombo) et une procédure de décollage moins coûteuse. Actuellement, dit-il, 50% de la masse d’une fusée est dédiée aux propulseurs chimiques.

«Avec des propulseurs de fusée typiques, vous dépensez la moitié de votre véhicule de lancement (masse) simplement pour placer un propulseur dans l’espace afin de pouvoir pousser ce que vous voulez pousser au prochain emplacement», explique Patterson. «En éliminant ce système de propulsion chimique à bord du vaisseau spatial et en instaurant une propulsion électrique, vous pouvez réduire ce nombre de manière spectaculaire pour atteindre peut-être 10, 15 ou 20% de la masse totale."

Les propulseurs ioniques électrostatiques à grille, comme le T6, utilisent le xénon comme propulseur. L'ingénieur en propulsion de l'ESA, Neil Wallace, a déclaré dans un communiqué que, en supposant la "même masse de propulseur", les propulseurs T6 peuvent même atteindre une vitesse "15 fois supérieure à celle d'un propulseur chimique classique".

Bien entendu, SpaceX a mis au point des moyens rentables de lancer des roquettes, car la société fondée par Elon Musk a récemment démontré qu'elle pouvait réutiliser des roquettes et les débarquer sur des drones dans l'océan.

Cependant, la propulsion ionique, qui contribuera à réduire les coûts en carburant de l'exploration spatiale, a progressé à une vitesse «glaciale», souligne Patterson.

«Le taux d’application de la technologie par la NASA et par l’Agence spatiale européenne est à un rythme assez bas», dit-il. «Si nous parlons d’électronique grand public, entre concept et application, cela prend neuf à 12 mois. Les prochains systèmes de propulsion ionique, qui remplaceront les moteurs que j'ai construits et testés il y a 15 ans ce mois-ci; nous parlons de la première application de ce phénomène en 2021."

La NASA, cette semaine, a attribué à la société californienne Aerojet Rocketdyne un contrat de 67 millions de dollars sur 36 mois, visant à développer des moteurs ioniques à énergie solaire, qui pourrait prolonger la durée de vie de la mission encore plus longtemps que les moteurs ioniques à carburant extrêmement efficaces embarqués à bord du BepiColombo.

Pour le moment, les propulseurs ioniques T6 qui alimentent le voyage de BepiColombo d'EAS, ainsi que l'aide de propulseurs solaires et électriques et à propulsion chimique, seront suffisamment ingénieux pour diriger le satellite pendant toute la mission de sept ans, alors que des scientifiques s'appuyer sur la méthode de la fronde en utilisant l'attraction gravitationnelle d'une planète - Le Martien style.

La mission d’EAS approche à grands pas et l’agence vient de terminer les essais des nouveaux propulseurs T6, qui sont le grand frère du T5, cette semaine. Patterson indique que la NASA mettra également en place plusieurs missions basées sur des propulseurs ioniques dans les années 2020.

Patterson dit que la NASA a déjà effectué une surveillance orbitale de tous les objets «relativement faciles» à propulsion chimique, mais qu'elle aura besoin de systèmes ioniques pour atteindre les cibles de valeur supérieure, telles que des lunes plus petites et plus éloignées et des astéroïdes plus difficiles à orbiter sans capacités de correction stables d'un propulseur d'ions.

"Maintenant, vous vous dirigez vers une science plus intéressante, comme entrer dans les orbites des lunes de Saturne ou de Jupiter ou de Mars et faire de la science intrigante où il est possible de tester la vie ailleurs", dit Patterson. "Ce sont des objectifs de grande valeur scientifique, mais ils sont vraiment difficiles à réaliser du point de vue de la propulsion."