La NASA a réussi le premier test de mise à feu de son nouveau propulseur électrique à plasma alimenté au lithium, marquant un pas en avant vers de futures missions habitées vers Mars. Le prototype a atteint une puissance de 120 kilowatts, un niveau jusqu’ici jamais atteint pour ce genre de modèle et nettement supérieur à celui des propulseurs actuellement embarqués dans les engins spatiaux de l’agence.
Les systèmes à propulsion électrique sont plus adaptés aux missions spatiales de longue durée car ils consomment beaucoup moins de carburant que les systèmes à propulsion chimique classiques. Ils consomment notamment jusqu’à 90 % moins de propergol que les moteurs de fusée existants. De plus, plutôt que de fournir de brèves et puissantes poussées, ils fournissent une petite mais constante accélération permettant aux vaisseaux spatiaux de se déplacer sur de longues distances.
Combinés à la propulsion nucléaire, ils permettraient de réduire considérablement la masse au lancement et de permettre d’embarquer les charges utiles nécessaires aux missions habitées de longue durée.
Ce type de système à propulsion électrique est par exemple déjà utilisé pour la mission Psyche de la NASA. Lancée en octobre 2023 pour étudier l’astéroïde métallique Psyché, la sonde spatiale est équipée des propulseurs électriques les plus puissants de l’agence. À terme, le système permettrait au vaisseau d’atteindre une vitesse pouvant aller jusqu’à 200 000 km/h, selon l’agence.
Les systèmes de propulsion magnétoplasmadynamique (MPD) sont proposés pour fournir des forces de poussée supérieures aux systèmes actuels, de manière à s’adapter davantage aux missions de longue durée. Cependant, bien qu’étudiée depuis les années 1960, la technologie n’a jamais été utilisée de manière opérationnelle dans l’espace.
Au mois d’avril dernier, les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA ont testé le premier prototype de MPD à vapeur de lithium métallique. « À la NASA, nous travaillons sur de nombreux projets simultanément, et nous n’avons jamais perdu de vue Mars. Le succès de notre propulseur lors de cet essai témoigne des progrès concrets accomplis vers l’envoi d’un astronaute américain sur la planète rouge », a déclaré Jared Isaacman, administrateur de la NASA, dans un communiqué.
25 fois plus puissant que les propulseurs de la sonde Psyche
Les propulseurs MPD, également appelés accélérateurs à force de Lorentz, utilisent l’énergie électromagnétique générée par l’interaction entre le courant électrique et le champ magnétique pour accélérer du plasma, un processus qui procure ensuite une force de poussée. Le nouveau prototype de la NASA utilise de la vapeur de lithium métallique pour ioniser le lithium et former un plasma, ensuite accéléré à des vitesses extrêmement élevées.
Le prototype de propulseur est placé dans l’installation sous vide CoMeT (Condensable Metal Propellant) du JPL, un équipement national unique conçu pour tester en toute sécurité des propulseurs utilisant des ergols à vapeur métallique dans le cadre de potentiels systèmes de propulsion électrique de classe mégawatt. © NASA/JPL-Caltech
Les chercheurs ont effectué cinq allumages distincts au cours desquels l’électrode en tungstène du propulseur a émis une lueur blanche éclatante et sa température a dépassé les 2 800 °C. Le laboratoire de propulsion électrique du JPL est équipé d’un dispositif spécifiquement adapté aux tests de propulseurs électriques utilisant des propergols à vapeur métallique à des niveaux de puissance de l’ordre du mégawatt. Le laboratoire dispose par exemple d’une chambre à vide de huit mètres de long refroidie à l’eau pour supporter les allumages de plasma.
Lors des essais, le moteur a atteint une puissance de 120 kilowatts, soit plus de 25 fois celle des propulseurs de Psyche. « La conception et la construction de ces propulseurs au cours des deux dernières années ont constitué une longue préparation à ce premier essai », a déclaré James Polk, chercheur principal au JPL.
« C’est un moment crucial pour nous, car nous avons non seulement démontré le bon fonctionnement du propulseur, mais nous avons également atteint les niveaux de puissance visés. De plus, nous savons que nous disposons d’un banc d’essai fiable pour commencer à relever les défis liés à la mise à l’échelle. »
L’équipe espère à terme atteindre une puissance allant de 500 kilowatts à 1 mégawatt pour chaque propulseur. Une mission habitée vers Mars nécessiterait notamment entre 2 et 4 mégawatts de puissance totale, ce qui signifierait que plusieurs propulseurs MPD devront fonctionner en continu pendant plus de 23 000 heures. L’un des principaux défis pour atteindre cette puissance sera d’assurer la résistance des matériaux à un fonctionnement prolongé et à des températures extrêmes.
Vidéo de présentation du propulseur :
