La propulsion ionique

Résumé du document

L'humanité aspire clairement à la conquête de l'univers. Pour cela, il lui faut prévoir des voyages de très longue durée à bord de vaisseaux spatiaux gigantesques. L'un des problèmes majeurs des vaisseaux spatiaux actuels demeure le type de propulsion utilisée. En effet, les lanceurs spatiaux utilisent pour l'instant la propulsion chimique (solide ou liquide) qui, bien qu'assez puissante, utilise des quantités de matière fabuleuses comparées à la masse « utile » du vaisseau. De plus, cette propulsion ne peut pas être utilisée durant de longue période. Il faut donc trouver de nouveaux moyens de propulsions plus efficaces, une des solutions actuellement envisagées est la propulsion ionique.
La propulsion ionique est longtemps restée un rêve, appartenant seulement au domaine de la science-fiction. Mais aujourd'hui, elle est aussi devenue le rêve de nombreux scientifiques, qui y voient la solution pour réaliser de longs voyages d'exploration.

En effet, ce type de propulsion semble être la solution pour les voyages spatiaux : elle consomme peu de carburant tout en permettant d'atteindre des vitesses inégalées par les propulseurs chimiques classiques. Ce moteur a été pensé au début du 20e siècle et il est déjà en service sur des engins spatiaux depuis quelques années.
Permettant d'aller plus vite, plus loin et pour moins cher que les propulsions classiques, le moteur ionique possède tout de même des limites. Nous allons ainsi dans cette étude nous demander quel est le mode de fonctionnement de la propulsion ionique et ce qui fait son attrait, en dehors de sa connotation « science-fiction ». Puis nous aborderons les différents types de propulsions ioniques qui existent. Pour finir, nous étudierons les cas ayant existé de telles propulsions, et quelles ont été les conclusions pour les utilisations futures de ce moteur. Nous finirons par un petit comparatif avec la propulsion chimique classique afin de déterminer quel est le meilleur moyen de propulsion.

Extraits

[...] Le Xénon ayant la masse la plus élevée des trois, il est le plus désigné pour le moteur ionique. Passé et avenir de la propulsion ionique 2 Les expériences qui ont déjà été tentées 1929 - Premier propulseur électrique au monde présenté par V.P. Glushko à Leningrad - Les Soviétiques débutent les recherches sur la propulsion ionique après le lancement de Spoutnik - Premier propulseur ionique dit à "rayon large" testé aux U.S.A. par la NASA (Agence Spatiale Nationale Américaine) - En janvier, première démonstration réussie d'un moteur ionique pour tester la fiabilité de la neutralisation du rayon dans l'espace par les U.S.A. [...]

[...] Passé et avenir de la propulsion ionique 14 A. Les expériences qui ont déjà été tentées 14 B. Les projets futurs pour la propulsion ionique 15 C. Avantages et inconvénients de la propulsion ionique 15 Conclusion 16 Bibliographie 17 Table des illustrations : Figure 1 - Principe de fonctionnement d'un moteur ionique Figure 4 - propulseur à grille avec neutraliseur Figure 5 - Principaux composants du propulseur à effet Hall 10 Figure 6 - Injection des électrons dans le propulseur à effet Hall 11 Figure 7 - Interactions ions-cations 11 Figure 8 - flux de particules dans le propulseur ionique 12 Figure 9 - Propulsion à effet hall en fonctionnement 13 Introduction "The earth is a cradle of the mind, but one cannot live in a cradle forever." Konstantin E. [...]

[...] Définissons-les avant d'étudier le principe même du moteur ionique. Un ion est une espèce chimique électriquement chargée alors qu'un plasma est une phase de la matière composée d'ions et d'électrons. Il s'agit du quatrième état de la matière qui s'obtient progressivement par augmentation de pression ou de température. Il s'agit de l'état de la matière le plus présent dans l'univers (il s'agit par exemple du composant des étoiles), mais il est quasiment absent de la surface de la terre (uniquement présent sous forme d'éclairs ou d'aurores boréales). [...]

[...] Le fonctionnement de la propulsion ionique Le moteur ionique n'est qu'un exemple d'utilisation de l'électricité pour propulser des engins spatiaux. En effet, on peut utiliser les forces d'attractions et de répulsions entre charges électriques, c'est sur ce principe que repose tout le fonctionnement du moteur ionique. Il n'en reste pas moins que le moteur ionique utilise le principe des actions réciproques (dit d'action réaction) pour propulser un objet : l'éjection de matière dans un sens produit une accélération qui lui est directement opposée. [...]

[...] Mais il faut aussi avoir un débit relativement faible, car s'il y a trop d'atomes de Xénon, celui-ci va se comporter comme un isolant et il n'y aura alors plus de flux d'électrons entre la cathode et l'anode, donc plus d'ionisation du gaz L'accélération des ions Nous passons maintenant à la partie la plus simple théoriquement, mais la plus dure à réaliser technologiquement : on place devant le flux de plasma nouvellement créé deux grilles : une grille à potentiel positif très élevé et juste derrière une grille à potentiel négatif très faible. On crée ainsi un fort champ orienté vers l'extérieur qui accélère fortement les cations. Ces grilles constituent la seule issue possible pour les ions. En effet, on remarque que les ions positifs passent à travers une grille de potentiel positif très élevé, alors qu'ils devraient normalement être repoussés. Cependant, le reste de l'intérieur de cette cavité est de potentiel supérieur à celui de la grille positive (1100V contre 1070V). [...]