Mesure des réserves en xénon de Smart-1

La sonde européenne Smart-1 doit s'insérer sur son orbite définitive autour de la Lune d'ici la fin du mois. Néanmoins, la manœuvre d'insertion orbitale a été interrompue il y a quelques jours par les contrôleurs au sol de la mission. Ils ont ordonné à la sonde d'éteindre son système de propulsion hélioélectrique, ou 'moteur ionique' de façon à estimer au mieux les réserves de carburant (du xénon) disponibles pour envisager une extension de la mission.


Initialement, il est prévu d'exploiter la sonde six mois, de fin janvier à fin juillet 2005. Cette période d'activité opérationnelle peut paraître très courte pour une sonde, mais elle s'explique par la proximité de la Terre qui tend à perturber l'orbite de Smart-1, de sorte que la sonde doit régulièrement rehausser son orbite pour ne pas s'écraser sur la Lune. D'où l'intérêt pour les ingénieurs de calculer les réserves de xénon disponibles après l'insertion orbitale finale. La sonde a besoin d'au moins 4 kilogrammes de xénon pour rehausser son orbite et trois méthodes seront utilisées pour estimer au plus juste les quantités restantes de gaz.


La première méthode est basée sur une corrélation prédéterminée entre la puissance d'entrée au moteur et le débit de xénon. L'intégration de ce débit par la mission mène à une quantité résiduelle de carburant restant prévue au début de la mission estimée à 10.8 kilogrammes.

La deuxième méthode est basée sur une formule faisant intervenir le taux instantané de l'écoulement de la masse mise en corrélation avec la pression de xénon et la puissance du flux thermique du XFC. L'intégration de ce débit mène à une quantité résiduelle de carburant estimée à 9.6 kilogrammes.

La dernière méthode, qui est considérée plus précise pour un réservoir presque vide, est basée sur la loi parfaite mettant en corrélation la pression, le volume et la température des gaz du réservoir. Cette méthode prévoit une quantité résiduelle de carburant estimée de 6,6 à 7,8 kilogrammes.

Note

Smart-1 est la première mission du programme SMART (petites missions de recherche sur des technologies de pointe).

Le système de propulsion hélio-électrique de la sonde est une des principales technologies que le démonstrateur teste tout au long de la mission. Ce moteur fonctionne en expulsant vers l'arrière un faisceau continu de particules chargées - des ions - ce qui crée une poussée en direction opposée et permet de mouvoir les satellites. L'énergie nécessaire à ces moteurs est fournie par des panneaux solaires, d'où le qualificatif d'hélio-électrique attribué à ce mode de propulsion.

Ce type de moteur permet d'obtenir des impulsions 10 fois supérieures à celles qui caractérisent les propulseurs chimiques classiques. C'est-à-dire qu'il éjecte les ions a une vitesse 10 fois supérieure à l'éjection des ergols des moteurs chimiques. Avantage de cette technologie, elle est économique: à puissance égale, un moteur ionique consomme dix fois moins de combustible qu'un moteur fusée classique à base d'ergols. Toutefois, cette propulsion électrique ne permet pas d'avoir des poussées globalement très fortes mais elles peuvent durer plus longtemps (selon le profil de la mission).