Le prototype du propulseur ionique bat des records dans les tests et pourrait envoyer des humains sur Mars

Réglages du propulseur ionique X3

Scott Hall effectue les derniers réglages du propulseur ionique X3 à l'Université du Michigan avant un test. (Crédit image : NASA)



Un propulseur en cours de développement pour un future mission de la NASA sur Mars a battu plusieurs records lors de tests récents, suggérant que la technologie est sur la bonne voie pour amener les humains sur la planète rouge au cours des 20 prochaines années, ont déclaré les membres de l'équipe du projet.



Le propulseur X3, qui a été conçu par des chercheurs de l'Université du Michigan en coopération avec la NASA et l'US Air Force, est un propulseur à effet Hall, un système qui propulse un vaisseau spatial en accélérant un flux d'atomes chargés électriquement, appelés ions. Lors de la récente manifestation menée à Centre de recherche Glenn de la NASA dans l'Ohio, le X3 a battu des records pour la puissance maximale, la poussée et le courant de fonctionnement atteints par un propulseur Hall à ce jour, selon l'équipe de recherche de l'Université du Michigan et des représentants de la NASA.

'Nous avons montré que le X3 peut fonctionner à plus de 100 kW de puissance', a déclaré Alec Gallimore, qui dirige le projet, dans une interview avec demokratija.eu. «Il fonctionnait dans une vaste gamme de puissance de 5 kW à 102 kW, avec un courant électrique allant jusqu'à 260 ampères. Il a généré 5,4 newtons de poussée, ce qui est le niveau de poussée le plus élevé atteint par un propulseur à plasma à ce jour », a ajouté Gallimore, doyen de l'ingénierie à l'université du Michigan. Le précédent record était de 3,3 Newtons, selon l'école.



Les propulseurs à effet Hall et d'autres types de moteurs ioniques utilisent de l'électricité (généralement générée par des panneaux solaires) pour expulser le plasma - un nuage de particules chargées ressemblant à un gaz - par une tuyère, générant ainsi une poussée. Cette technique peut propulser des engins spatiaux à des vitesses beaucoup plus élevées que ne le peuvent les fusées à propulsion chimique, selon la Nasa .

C'est pourquoi les chercheurs s'intéressent tant à l'application potentielle de la propulsion ionique pour les voyages spatiaux à longue distance. Alors que la vitesse maximale pouvant être atteinte par une fusée chimique est d'environ 5 kilomètres par seconde, un propulseur Hall pourrait amener un engin jusqu'à 40 kilomètres par seconde, a déclaré Gallimore.

Les moteurs ioniques sont également connu pour être plus efficace que les fusées à propulsion chimique, avec ce que Gallimore a décrit comme un meilleur rapport « miles par gallon ». Un vaisseau spatial propulsé par un propulseur acheminerait des cargaisons et des astronautes sur Mars en utilisant beaucoup moins de propulseur qu'une fusée chimique, a-t-il déclaré. (Un propulseur courant pour les propulseurs ioniques est le xénon ; en effet, Le vaisseau spatial Dawn de la NASA , qui orbite actuellement autour de la planète naine Cérès, utilise ce gaz.)



Une photo frontale du propulseur ionique X3 tirant à 50 kilowatts, vue à travers un miroir déformé dans la chambre à vide.

Une photo frontale du propulseur ionique X3 tirant à 50 kilowatts, vue à travers un miroir déformé dans la chambre à vide.(Crédit image : NASA)

'Vous pouvez penser à la propulsion électrique comme ayant 10 fois plus de miles par gallon par rapport à la propulsion chimique', a déclaré Gallimore à demokratija.eu.



Le compromis avec les propulseurs ioniques, cependant, est qu'ils ont une très faible poussée et doivent donc fonctionner pendant longtemps pour accélérer un vaisseau spatial à des vitesses élevées, selon la NASA. (De plus, les propulseurs ioniques ne sont pas assez puissants pour surmonter l'attraction gravitationnelle de la Terre, ils ne peuvent donc pas être utilisés pour lancer des engins spatiaux.)

'Les systèmes de propulsion chimique peuvent générer des millions de kilowatts de puissance, tandis que les systèmes électriques existants n'atteignent que 3 à 4 kilowatts', a déclaré Gallimore.

Les propulseurs Hall disponibles dans le commerce ne sont pas assez puissants pour propulser un vaisseau spatial avec équipage sur Mars, a-t-il ajouté.

'Ce dont nous aurions besoin pour l'exploration humaine, c'est d'un système capable de traiter quelque chose comme 500 000 watts (500 kW), voire un million de watts ou plus', a déclaré Gallimore. « C'est quelque chose comme 20, 30 ou même 40 fois la puissance des systèmes de propulsion électrique . '

C'est là qu'intervient le X3. Gallimore et son équipe s'attaquent au problème de puissance en rendant le propulseur plus gros que ces autres systèmes et en développant une conception qui corrige l'un des défauts de la technologie.

'Nous avons compris qu'au lieu d'avoir un canal de plasma, où le plasma généré est épuisé par le propulseur et produit une poussée, nous aurions plusieurs canaux dans le même propulseur', a déclaré Gallimore. « Nous l'appelons un canal imbriqué. »

Selon Gallimore, l'utilisation de trois canaux a permis aux ingénieurs de rendre le X3 beaucoup plus petit et plus compact qu'un propulseur Hall équivalent à un seul canal ne devrait l'être.

Vue latérale du propulseur ionique X3 tirant à 50 kilowatts.

Vue latérale du propulseur ionique X3 tirant à 50 kilowatts.(Crédit image : NASA)

L'équipe de l'Université du Michigan travaille sur la technologie en coopération avec l'Air Force depuis 2009. Tout d'abord, les chercheurs ont développé un propulseur à deux canaux, le X2, avant de passer au plus puissant X3, qui possède trois canaux.

En février 2016, l'équipe s'est associée au fabricant de fusées californien Aerojet Rocketdyne, qui est développer un nouveau système de propulsion électrique , appelé XR-100, pour Next Space Technologies for Exploration Partnerships de la NASA, ou programme NextSTEP . Le propulseur X3 est un élément central du système XR-100.

Scott Hall, un Ph.D. étudiant à l'Université du Michigan qui a travaillé sur le projet X3 au cours des cinq dernières années, a déclaré que le travail a été plutôt difficile en raison de la taille du propulseur.

« C'est lourd - 500 livres [227 kilogrammes]. Il fait près d'un mètre de diamètre », a déclaré Hall. « La plupart des propulseurs à effet Hall sont le genre de choses qu'une ou deux personnes peuvent prendre et transporter dans le laboratoire. Nous avons besoin d'une grue pour déplacer X3.

L'année prochaine, l'équipe effectuera un test encore plus important, qui vise à prouver que le propulseur peut fonctionner à pleine puissance pendant 100 heures. Gallimore a déclaré que les ingénieurs conçoivent également un système de blindage magnétique spécial qui éloignerait le plasma des parois du propulseur pour éviter les dommages et permettre au propulseur de fonctionner de manière fiable pendant des périodes encore plus longues. Gallimore a déclaré que sans le blindage, une version de vol X3 commencerait probablement à rencontrer des problèmes après plusieurs milliers d'heures de fonctionnement. Une version à blindage magnétique pourrait fonctionner pendant plusieurs années à pleine puissance, selon Gallimore.

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