Moteur ionique - Définition et Explications

Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse.

Bien que le grand public associe généralement le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) à ions à des séries de science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en...) telles que Star Trek (Star Trek est un univers de science-fiction créé par Gene Roddenberry dans les...), ce moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) existe bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) et bien. Son principe a déjà été pensé au début du XXe siècle et il est employé depuis quelques années pour le vol spatial (Constantin Tsiolkovski (1857-1935) est considéré comme le père du vol spatial. Dès la fin du...).

Fonctionnement du moteur à ions

Dans un moteur à ions, le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) n'est pas brûlé mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...). La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) d'accélération des ions cause une force de réaction de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) opposé : c'est la force de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) du moteur à ions.

Les ions récupèrent leurs électrons juste avant de sortir du moteur, afin de maintenir la neutralité de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) du véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) et du carburant éjecté.

C'est le xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le...) (un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) rare) qui est utilisé comme " carburant ". Par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), le sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un...) et le mercure ont été testés, mais ces matières érodent le moteur.

L'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...) nécessaire pour l'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...) du carburant et l'accélération des ions libérés est obtenue grâce à des panneaux solaires. Dans le futur, on utilisera sans doute également des réacteurs nucléaires pour fournir cette énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...).

Comparaison avec les moteurs de fusée (Fusée peut faire référence à :) conventionnels

Avec les moteurs conventionnels, il faut embarquer la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) à éjecter et l'énergie pour l'éjecter. Alors qu'avec les moteurs ioniques, seule la masse à éjecter est embarquée, l'énergie de l'éjection peut être prise sur place avec des panneaux solaires ou provenir d'un générateur thermoélectrique à radio-isotope.

Les moteurs de fusée conventionnels fournissent en peu de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) une accélération importante mais utilisent pour cela de grandes quantités de carburant. La réserve de carburant elle-même doit être propulsée tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) autant que le véhicule spatial. Les moteurs de fusée doivent pouvoir supporter des contraintes énormes (pression, températures), ce qui les rend lourds, et qui eux-mêmes doivent être propulsés... En conséquence, le véhicule spatial doit emmener avec lui encore plus de carburant.

Les moteurs à ions, produisent une force de propulsion faible, sur une longue durée et, sont particulièrement économes. Ils produisent, par kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) de carburant, une énergie de propulsion supérieure à celle des moteurs de fusée conventionnels. Ils peuvent donc, après un temps certes non négligeable, obtenir la même vitesse (On distingue :), et ce avec une consommation de carburant bien moindre. Le véhicule spatial peut alors emporter moins de carburant. Les moteurs à ions étant également beaucoup plus légers, ils permettent une nouvelle économie de carburant.

Application

Les moteurs à ions, de par leur petite force de propulsion, ne conviennent pas pour le lancement de véhicules spatiaux. Pour cela, les moteurs de fusée conventionnels sont encore nécessaires. Mais, en principe, dès que le véhicule spatial a atteint l’espace, le moteur à ions peut prendre le relais.

Le moteur à ions peut fonctionner très longtemps sans s’arrêter, si nécessaire durant des années. Avec son aide, des destinations extrêmement lointaines, comme Jupiter, peuvent être atteintes bien plus rapidement.

Le moteur à ions a été testé de façon poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) pour la première fois par le véhicule spatial non-habité Deep Space 1 (Deep Space 1 est la première sonde spatiale du programme New Millenium de la NASA, dont l'objectif...). Ce dernier a été lancé par la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) le 24 octobre 1998. Il avait pour but premier de tester un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de nouvelles techniques astronautiques, dont le moteur à ions. À la fin de la mission, la vitesse de Deep Space 1 avait augmenté, grâce au moteur à ions, de 4,5 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...), après l’usage de seulement 81,5 kilogrammes de carburant. Avec un moteur conventionnel et en utilisant autant de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...), le véhicule aurait subi à peine un dixième de cette accélération.

Le satellite (Satellite peut faire référence à :) européen Astra 2A, qui transmet des signaux télé, est muni d’un moteur à ions. Les forces d’attraction variables de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...) et du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) font en sorte que des satellites de ce type doivent souvent effectuer des corrections de trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...). La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de carburant qui peut être emportée est limitée, mais du fait que le moteur de l’Astra 2A est très économe, sa durée d’utilisation sera beaucoup plus longue que les +/- 10 ans habituels.

La sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...) SMART-1 de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a aussi un moteur à ions. Elle a été lancée le 28 septembre 2003 et a été ecrasée sur la Lune (3 septembre 2006) comme prévu dans l'objectif initial du programme. Cette sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) met beaucoup plus de temps qu’un véhicule spatial muni d’un moteur conventionnel, mais elle est beaucoup plus économe et coûte donc beaucoup moins cher (car la charge à mettre en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) est considérablement réduite).

La sonde spatiale japonaise Hayabusa est dotée d’un moteur ionique (Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très...). C'est la première à avoir (presque) réussi à se poser sur l’astéroïde Itokawa le 19 novembre 2005. Sa propulsion ionique (Un moteur à ion est basé sur l'accélération de particules chargées (les ions) via un champ...) lui permettra de revenir sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) avec des échantillons de l’astéroïde en 2010, après avoir parcouru environ 300 millions de kilomètres.

La NASA travaille au développement d’un moteur à ions qui sera alimenté en énergie grâce à un réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est...). Cela rendrait l’utilisation du moteur à ions possible pour les vols spatiaux à si grande distance du Soleil que des panneaux solaires ne peuvent plus fournir assez d’énergie.

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