Un propulseur électromagnétique de nouvelle génération pour les satellites en orbite terrestre basse
La croissance du marché mondial des petits satellites en orbite terrestre basse (OTB) s’accélère rapidement avec le déploiement croissant des constellations. Près de 3 000 petits satellites ont été lancés dans le monde entre 2011 et 2020, et 2 304 rien qu’en 2022, soit une augmentation d’environ 30 % par rapport à l’année précédente. L’innovation dans les technologies de propulsion jouera un rôle crucial dans l’accroissement de l’indépendance et de la compétitivité de l’Europe dans cet important secteur socio-économique. Si la propulsion chimique des petits satellites a toujours été la norme, les technologies de propulsion électrique sont de plus en plus utilisées et font l’objet d’un intérêt croissant. L’un des principaux objectifs des systèmes de propulsion électrique de nouvelle génération est de réduire leur coût et leur complexité tout en augmentant leur durée de vie. Le propulseur électromagnétique avancé du projet HEMPT-NG2, financé par l’UE, répond à ces deux objectifs. Ses considérables avantages par rapport aux systèmes de propulsion électrostatique actuellement disponibles, à savoir une réduction drastique de la consommation d’ergols, une durée de vie plus longue et une complexité minimale, pourraient dynamiser la compétitivité de l’Europe sur le marché des petits satellites.
Évolution d’un propulseur à plasma de pointe
Le propulseur à plasma multi-étages à haut rendement du projet est conçu pour déplacer un satellite en ionisant et en accélérant un gaz propulseur par l’action combinée de champs électriques et magnétiques. Il permettra aux satellites de corriger leur position en orbite (maintien à poste) ou de changer d’orbite (manœuvre orbitale). Le projet HEMPT-NG2 s’est principalement consacré à l’avancement de la maturité du propulseur à plasma, qui a été développé dans le cadre du projet HEMPT-NG. Pour réaliser les objectifs du projet, les chercheurs ont adopté une approche qui combine simulation et expérimentation. Cette démarche a été soutenue par la conception d’outils de test ciblés qui ont été exploités dans les procédures d’assemblage, d’intégration et de test (AIT).
Amélioration du rendement et de la durée de vie à moindre coût
Les aimants permanents qui confinent le plasma sont essentiels à la technologie de propulsion ionique du propulseur à haut rendement. Selon le coordinateur du projet, Peter Holtmann, de Thales, en Allemagne: «Ses cellules magnétiques, disposées en miroir cuspidé, permettent de piéger les électrons du plasma. Cela les empêche d’entrer en contact avec les parois du canal de décharge, ce qui réduit l’érosion et prolonge la durée de vie et la stabilité opérationnelle du propulseur». De plus, le confinement des électrons permet des performances d’ionisation élevés et une perte d’électrons (courant) négligeable. Le petit courant d’électrons de départ qui provient de la cathode est amplifié par une «avalanche d’ionisation», de sorte que le plasma est maintenu avec un apport minimal d’énergie électrique. Les tensions d’accélération élevées du propulseur à plasma permettent une impulsion spécifique (mesure de l’efficacité avec laquelle l’énergie du propergol est convertie en poussée) plus élevée, ce qui réduit considérablement la consommation de propergol et par conséquent la masse de propergol qui doit être stockée à bord. En outre, «le propulseur à plasma multi-étages flexible et à haut rendement permet de réaliser plusieurs tâches spatiales différentes avec le même propulseur, et peut fonctionner aussi bien avec du xénon conventionnel qu’avec du krypton, beaucoup moins coûteux», ajoute Peter Holtmann.
Ouvrir la voie au marché des constellations de satellites en OTB
Les progrès d’HEMPT-NG2 ont permis une conception robuste à haut rendement et une réduction du coût global du système de propulsion électrique. Le module universel du propulseur OTB a été optimisé pour une production de masse et une analyse de marché a été réalisée, ouvrant la voie à la commercialisation du propulseur à plasma à haut rendement et stimulant la compétitivité de l’Europe dans le secteur des petits satellites.
Mots‑clés
HEMPT-NG2, propulseur, plasma, propulsion, propulseur à plasma, propulseur électrique, OTB, petits satellites, orbite terrestre basse, maintien à poste