Dans le domaine de l’exploration spatiale, un certain nombre de nouvelles technologies sont actuellement étudiées. Parmi celles-ci, figurent de nouvelles formes de propulsion capables d’équilibrer l’efficacité énergétique et la puissance : il s’agit des propulseurs ioniques, plus connus sous le nom de propulseurs à effet Hall.

Non seulement les moteurs qui sont capables de réaliser une grande poussée en utilisant moins de carburant sont rentables, mais ils seront également capables de transporter des astronautes vers des destinations comme Mars et au-delà, en moins de temps qu’avec des fusées dites conventionnelles. C’est là que des moteurs comme le propulseur à effet Hall X3 entrent en jeu. Ce propulseur est développé par le centre de recherche Glenn de la NASA, en collaboration avec l’US Air Force et l’Université du Michigan.

Lors d’un test récent, le propulseur X3 a battu le record précédent pour un propulseur à effet Hall, obtenant une puissance et une poussée supérieure, en atteignant notamment 5.4 Newtons de poussée contre 3.3 Newtons précédemment.

Les propulseurs à effet Hall ont attiré l’attention des scientifiques en raison de leur extrême efficacité. En effet, ce type de propulseur ionique utilise un champ électrique pour accélérer des ions. Il est dit à effet Hall car il utilise un champ magnétique pour piéger les électrons qui servent à ioniser un gaz comme, par exemple, le xénon (le carburant de ce type de moteur n’est donc pas brûlé, mais ionisé). Les ions qui sont alors accélérés, produisent une poussée. Par rapport aux fusées dites standard, ces propulseurs peuvent atteindre des vitesses de pointe extrêmes en utilisant une infime fraction de leur carburant.

Cependant, un défi majeur jusqu’à présent a été la construction d’un propulseur à effet Hall capable d’également atteindre des niveaux de poussée très élevés. Les moteurs ioniques conventionnels ne produisent généralement qu’une fraction de la poussée générée par les fusées qui utilisent des composants chimiques solides. C’est pour cette raison que la NASA a développé le modèle X3 à grande échelle, en collaboration avec ses partenaires.

Le développement du propulseur a été supervisé par Alec Gallimore, un professeur d’ingénierie aérospatiale, ainsi que par Robert J. Vlasic, doyen de l’ingénierie à l’Université du Michigan (USA). « Les missions martiennes se profilent à l’horizon et nous savons déjà que les propulseurs à effet Hall fonctionnent bien dans l’espace. Ils peuvent être optimisés soit pour transporter des équipements avec un minimum d’énergie et de carburant, ou pour la vitesse – transporter un équipage vers Mars beaucoup plus rapidement », a déclaré Gallimore.

Lors de tests récents, le X3 a battu l’ancien record de poussée établi par un propulseur à effet Hall, atteignant 5.4 newtons de force par rapport à l’ancien record qui était de 3.3 newtons. Le X3 a également plus que doublé le courant de fonctionnement (250 ampères contre 112 ampères) et a fonctionné à une puissance légèrement supérieure à celle du précédent record (102 kilowatts contre 98 kilowatts). Ces résultats sont très encourageants, car cela signifie que le moteur peut accélérer de manière plus rapide, offrant donc la possibilité d’un temps de déplacement plus court.

propulseur effet hall ions ionique

Le propulseur à effet Hall X3. Crédits : NASA

Le test a été effectué par Scott Hall et Hani Kamhawi au centre de recherche Glenn de la NASA, à Cleveland (USA). Tandis que Hall est doctorant en ingénierie aérospatiale, Kamhawi est chercheur au centre Glenn et a été fortement impliqué dans le développement du X3. Ce test a été l’aboutissement de plus de cinq années de recherches visant à améliorer les conceptions actuelles des propulseurs à effet Hall.

Afin de réaliser ce test, l’équipe a utilisé une chambre à vide au centre de recherche Glenn de la NASA, qui est actuellement la seule chambre aux États-Unis qui peut gérer le propulseur X3. Il faut savoir que la configuration du centre Glenn est la seule incluant une pompe à vide assez puissante pour créer les conditions nécessaires afin d’effectuer les tests de manière optimale.

Hall et Kamhawi ont également dû construire un support de poussée personnalisé pour soutenir le cadre de 227 kg du X3, qui résiste à la poussée qu’il génère, puisque les cadres existants n’étaient pas à la hauteur de la tâche.

L’équipe a passé quatre semaines à préparer le support ainsi que le propulseur, ainsi qu’à mettre en place toutes les connexions nécessaires. Pendant tout ce temps, des chercheurs, ingénieurs et techniciens de la NASA étaient également sur place pour soutenir la mission de test. Après 20 heures de pompage pour obtenir un vide spatial à l’intérieur de la chambre, Hall et Kamhawi ont mené une série d’essais au cours desquels le moteur a été mis à feu pendant 12 heures d’affilée.

À l’avenir, l’équipe prévoit d’effectuer plus de tests en laboratoire et en utilisant une chambre à vide améliorée. Ces mises à niveau sont prévues d’être terminées d’ici janvier 2018, et permettront à l’équipe d’effectuer les prochains tests à l’interne. Au printemps 2018, le moteur devrait donc être intégré à ces systèmes d’alimentation : dès que ce sera le cas, une série de tests de 100 heures sera à nouveau effectuée au Centre de recherche Glenn de la NASA.

Le X3 est l’un des trois prototypes que la NASA étudie pour les futures missions en équipage vers Mars, qui visent tous à réduire les temps de trajet et à réduire la quantité de carburant nécessaire. En plus de rendre ces missions plus rentables, les temps de transit réduits visent également à réduire la quantité de rayonnement à laquelle les astronautes seront exposés durant les voyages.

Cette mission est financé par le projet Next-STEP (Next Space Technologies for Exploration Partnership) de la NASA, qui soutient non seulement les systèmes de propulsion, mais aussi les systèmes d’habitat et la fabrication dans l’espace.

Source : University of Michigan

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.

Share
Share