L'ESA étudie un nouveau type de propulseur spatial à plasma

L'ESA a confirmé le principe d'un nouveau propulseur spatial qui pourrait fournir une poussée beaucoup plus importante que celle autorisée par les technologies électriques de propulsion d'aujourd'hui. Le concept est ingénieux, inspiré des aurores boréales et australes dont les embrasements signalent une activité solaire accrue.

"Pour l'essentiel, le concept exploite un phénomène naturel que nous voyons dans l'espace", explique le Dr. Roger Walker de l'équipe des concepts avancés de l'ESA. "Quand le vent solaire, un "plasma" de gaz ionisé projeté par le Soleil, heurte le champ magnétique de la Terre, il crée une frontière qui se compose de deux couches de plasma. Chaque couche a des propriétés électriques différentes et quelques particules du vent solaire accélèrent et passent à travers cette frontière. Elles entrent en collision avec l'atmosphère terrestre et cela génère le phénomène des aurores".

Une double couche de plasma est l'équivalent électrostatique d'une chute d'eau. Comme les molécules d'eau acquièrent de l'énergie lorsqu'elles tombent d'une hauteur à une autre, les particules électriquement chargées acquièrent de l'énergie lorsque qu'elles passent par des couches dont les propriétés électriques sont différentes.

Les chercheurs Christine Charles et Rod Boswell de l'Université Nationale australienne de Canberra ont produit les premières doubles couches de plasma dans leur laboratoire en 2003 et ont réalisé que leurs propriétés accélératrices pouvaient permettre d'élaborer des propulseurs d'un type nouveau pour les vaisseaux spatiaux. Cela a conduit les chercheurs à développer un prototype appelé propulseur à double couche Helicon.


La nouvelle étude de l'ESA réalisée en association avec l'Ecole Polytechnique de Paris confirme les résultats australiens en prouvant que dans des conditions soigneusement contrôlées la double couche pouvait se former et rester stable, permettant l'accélération continue des particules chargées dans un faisceau. L'étude a également confirmé que des doubles couches stables pourraient être produites avec différents mélanges de gaz propulseur.

Pour produire la double couche, le Dr. Pascal Chabert du Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas (LPTP) et ses collaborateurs ont réalisé un tube entouré par une antenne radio. Du gaz argon est continûment pompé dans le tube et l'antenne émet des ondes radio hélicoïdales de 13 MHz. Ceci ionise l'argon et produit un plasma. Un champ magnétique divergent à l'extrémité du tube force ensuite le plasma à quitter le tuyau et à se dilater. Cela permet la formation de deux plasmas différents, en amont dans le tube et en aval au-delà du tube. La double couche est ainsi produite à leur frontière et provoque l'accélération du plasma d'argon depuis le tube en un faisceau supersonique, ce qui génère la poussée.

Les calculs suggèrent qu'un propulseur "helicon" prenne un peu plus d'espace que le propulseur électrique principal de la mission SMART-1 de l'ESA. Cependant il pourrait potentiellement délivrer bien davantage de poussée à une puissance plus élevée, jusqu'à 100 kilowatts pour une consommation en carburant identique.

Les prochaines étapes pour l'ESA sont maintenant d'élaborer une simulation précise sur ordinateur du comportement du plasma dans le propulseur et autour de celui-ci et d'utiliser les résultats du laboratoire pour vérifier son exactitude, de sorte que les performances réelles dans l'espace puissent être entièrement évaluées et que de plus grands propulseurs expérimentaux d'une puissance plus élevée puissent être testés.