La transmission directe améliore les performances de la propulsion solaire électrique d’un engin spatial
La propulsion électrique (PE) est essentielle pour l’avenir des engins spatiaux, car elle permet d’économiser une grande partie de la masse d’ergol. Divers propulseurs électriques qui utilisent des gaz propulseurs, tels que le xénon et l’énergie solaire des panneaux embarqués pour produire de l’électricité, sont disponibles sur le marché. La technologie actuelle impose toutefois d’encombrants convertisseurs de puissance pour fournir de l’électricité à une tension donnée. Le projet EDDA, financé par l’UE, a voulu vérifier si une architecture de transmission directe pouvait éviter la nécessité de passer par un convertisseur de puissance pour plusieurs propulseurs déjà sur le marché, en étant directement alimentés par un générateur solaire à haute tension, allant jusqu’à 400 V.
Performances des propulseurs dans le cadre de missions spatiales simulées
La technologie actuelle exige un convertisseur de puissance pour augmenter la tension de la PE à 250 V et plus afin d’alimenter les propulseurs des engins spatiaux. EDDA a analysé plusieurs architectures de transmission directe et a testé un nouvel équipement de puissance électronique développée par son partenaire Thales Alenia Space en Belgique. Il est conçu pour fonctionner avec certains propulseurs existants et à venir, tels que le propulseur à effet Hall (HET ou Hall Effect Thruster), conçu par plusieurs entreprises spatiales, dont le partenaire du projet Sitael, et le propulseur à plasma multiétage à haut rendement (HEMPT ou High Efficiency Multistage Plasma Thruster) construit par Thales-D. Le coordinateur du projet, Gilles Bouhours, explique: «EDDA réunit la gestion de l’énergie électrique et de la propulsion. Ces deux sous-systèmes sont pour l’instant bien séparés. Pour EDDA, la gestion de la puissance contrôle simultanément plusieurs propulseurs afin d’optimiser les performances de puissance et de propulsion». Différents propulseurs ont été testés à plusieurs reprises à l’aide de simulateurs de générateurs solaires, afin d’évaluer les performances de la PE à transmission directe dans le cadre de simulations de missions relatives au lancement, ainsi qu’à la mise et au maintien à poste. Les résultats des tests se sont révélés très encourageants, près de 100 % de la puissance ayant été extraite des panneaux avec des pertes thermiques négligeables. Des simulations avancées du propulseur ont été réalisées par l’université Carlos III de Madrid (UC3M), où les oscillations du courant de décharge ont également été analysées en détail. In Extenso Innovation Croissance a coordonné la gestion du projet.
Applications de l’architecture à transmission directe
Les lancements d’engins spatiaux sont très coûteux, et le fait de retirer les convertisseurs de puissance de la charge utile permet non seulement de réduire les coûts, mais également d’augmenter les capacités et les possibilités des engins spatiaux par un apport supplémentaire de carburant ou d’équipements. L’architecture de la transmission directe trouve trois applications principales sur le marché. Les satellites de télécommunications en orbite géostationnaire, qui orbitent à environ 36 000 km au-dessus de la Terre, tireront un large profit des réductions significatives de coût et de masse réalisées par une mise à poste électrique plus rapide, rendue possible par des technologies de PE matures. Les services en orbite constituent un marché émergent. Ceux-ci permettent aux engins spatiaux de se rendre auprès de satellites et de répondre à divers besoins, tels que la prolongation de la durée de vie, le déplacement d’engins spatiaux, la maintenance avec des unités de remplacement orbital et l’élimination des débris. La PE à transmission directe permet également d’explorer l’espace lointain. Les missions vers la Lune, Mars et les astéroïdes requièrent le transport de grosses charges utiles. Cela exige une grande quantité d’énergie pour assurer la propulsion électrique des cargos, et les solutions de transmission directe permettent de répondre à ce besoin. Gilles Bouhours confie: «L’objectif ultime d’EDDA est de fournir un puissant système de propulsion électrique solaire pour transporter n’importe quelle cargaison d’une orbite terrestre à une autre, ou à une autre planète». Les partenaires du projet sont issus de cinq entreprises et d’une université de Belgique, d’Allemagne, d’Espagne, de France et d’Italie. En se coordonnant avec les fabricants des propulseurs les plus utilisés dans l’espace, EDDA a positionné la technologie de la transmission directe pour une adoption rapide.
Mots‑clés
EDDA, transmission directe, engins spatiaux, technologie révolutionnaire, propulseur à plasma multiétage à haut rendement, propulsion électrique, propulseur à effet Hall