[News] Un moteur pour satellites 40 % plus économe en carburant

[Adrien]

Une équipe de chercheurs de Georgia Tech a développé un moteur de satellites à haut rendement qui permettrait d’embarquer moins de carburant et donc d’effectuer des économies conséquentes lors du lancement. Ce nouveau moteur consommerait en effet près de 40 % de carburant en moins que les moteurs traditionnels ce qui permettrait d’emmener des instruments plus massifs ou d’utiliser un lanceur moins puissant. Ce système de propulsion basé sur l’utilisation de l’énergie ion...

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[cyrille]

Y a un petit article dans wikipedia sur la propulsion ionique
Moi qui croyais que c'était de la S.F, ca roule depuis 20 ans ce truc !

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_ionique

[pioux]

Incroyable effectivement, ca n'a pas été trés mediatisé, certainement a cause de son trés faible rendement a cette epoque. Mais c'est vrai que c'est tout droit sorti du mode de propulsion des celebres Tie-Fighters de Star-Wars

Je pense que nous vivons un epoque incroyable sur le plan des progrés scientifiques !

[sonic]

en 100 ans, on passe du moteur à explosion au moteur à propulsion ionique

[StarDreamer]

Je pensais tomber sur un moteur révolutionnaire, et en fait il s'agit juste du premier modèle commercial de moteur ionique (en fait, tous les autres dont smart-1 & consors étaient expérimentaux....).

[cisou9]

financé par l’U.S Air Force, est basé sur l’utilisation d’un moteur de satellite de Pratt and Whitney, et sera prochainement utilisable dans le cadre de programmes militaires, les applications commerciales étant attendues dans quelques années.

Évidemment, les militaires sont prioritaires.

[cyrille]

d un autre coté les militaires payent tres cher ce genre de recherche

[pioux]

La recherche militaire fait souvent progresser la science (meme si ca n'est pas forcement a bon escient). Une nation investi plus facilement dans une technologie qui peut lui apporter une suprematie dans un domaine, plutot que dans des recherches ou les garanties sont limitées et les applications incertaines.

Il suffit de pense aux V2 !

[cyrille]

et en même temps tout le monde souhaite se protéger

quoi u il en soit, sans ca le civil ne pourrait pas avoir autant de systemes interressants

a quand la twingo a propulsion ionique?

[Illuminatus]

La recherche militaire fait souvent progresser la science (meme si ca n'est pas forcement a bon escient). Une nation investi plus facilement dans une technologie qui peut lui apporter une suprematie dans un domaine, plutot que dans des recherches ou les garanties sont limitées et les applications incertaines.

Il suffit de pense aux V2 !

Tout a fait d'accord avec toi. C'est malhereusement le militaire qui a la priorite. Ca a tjs ete comme cela

[Illuminatus]

Au fait, en quoi consiste le preincipe de fonctionnement de ce genre de motuer? je veux dire de point de vue travail et energie...

[cyrille]

Sur le fait qu'un ion, c est a dire un molécule ou un atome electriquement chargé soumis a un champ électrique subit une force telle que


Force=(charge relative de l'ion)x (densité du champ électrique)

a l'entrée du moteur on arrache un electron a un atome, cet électron est arraché dans une grille. On a donc un ion, apres la grille il est plongé dans un champ électrique. Sous l effet de la force il accelere et est projetté a l arriere de la tuyère. En sortant, il passe dans une autre grille qui lui rend son électron, ainsi on accumule pas les electrons dans le vaisseau.

l'ion redevenu (ou molecule) electriquement neutre est projeté dans l'espace et le vaisseau est poussé.

Pourquoi le véhicule est poussé?


Il existe un principe qui défini la quantité de mouvement p d un ensemble comme étant:
p=masse x vitesse

CETTE QUANTITE EST CONSTANTE !!!!!!!!!!!!!!!!



ATTENTION TOUT EST EN VECTEUR mais j ai pas de quoi ecrire les petites fleches pardon
soit au debut p1=m1v1 du vaisseau et son carburant se déplacant a v1

on éjecte une masse m2 de carburant a la vitesse v2

le vaisseau ayant perdu de la masse, sa masse n'est que de m3 et il va a la vitesse v3


p étant constante on peut écrire


p1=p2+p3

donc m1v1=m2v2+m3V3


Connaissant la vitesse d'éjection du carburant, on connait celle du vaisseau (bon apres il faut tenir compte des frottement, écoulement des gazs etc etc, mais la c est une premiere approche)

On voit donc que comme on peut pas balancer le carburant trop vite '(sinon faut aller a la station service) il faut l'éjecter a une tres haute vitesse pour que le vaisseau se déplace rapidement


voila voila


ca repond a la question?

[Illuminatus]

Sur le fait qu'un ion, c est a dire un molécule ou un atome electriquement chargé soumis a un champ électrique subit une force telle que



a l'entrée du moteur on arrache un electron a un atome, cet électron est arraché dans une grille. On a donc un ion, apres la grille il est plongé dans un champ électrique. Sous l effet de la force il accelere et est projetté a l arriere de la tuyère. En sortant, il passe dans une autre grille qui lui rend son électron, ainsi on accumule pas les electrons dans le vaisseau.


ca repond a la question?

petites questions avant d'aller faire dodo
-La molecule ou l'atome doit etre de nature particuliere ex H2 ou O2 etc?
-DOnc,c'est l'atome/molecule qui etant depourvut de son e- fait le clown dans ces grilles?
-En gros, c'est donc la vitesse a laquelle on lance l'atome/molecule qui elle est cruciale??

Sinon, c'est assez claire...comme premiere aproche

Merci..

[cyrille]

juste avant le dodo alors

en fait tout atome est suseptible de perdre un electron
cependant:

certain le perdent plus facilement
le carburant ne doit pas attaquer la tuyauterie etc donc c est aussi un facteur de choix.

En fait la grille est électrifiée et attire et arrache les electrons, elle est electrifié de lautre signe (plus ou moins je veux dire) pour rendre l electron

oui le plus important c est la vitesse du jet de matiere

[Ze Venerable]

...on peut y voir le principe "action-réaction", plus le vaisseau s'appuie sur les particules et plus lui-même accélère

[cyrille]

j aime pas cette approche "appui" parce que il faut savoir sur quoi s appuient ces particules et dans l'espace (donc quasi vide).

c est seulement avec la quantité de mouvement que j ai compris la chose donc je prophetise pour ma paroisse

ceci dit je concois que le principe action reaction marche (comment pourrait il en etre autrement?) mais il ne me parait pas intuitif dans ce cas

[pioux]

Super l'explication, bravo.

Sinon pour repondre a la 1er question en ce qui concerne SMART-1 (la 1ere sonde a avoir utilisé ce principe comme mode de propulsion principal) le gaz utilisé pour la propulsion etait du Xenon.

Ce qui m'amene a une autre question, pourquoi du Xenon ? D'apres le mode de fonctionnement cela devrait fonctionner avec n'importe quel atome non ? Une question de masse peut-etre ?

[lambda0]

Ce type de moteur est utilisé depuis plus de 30 ans (moteur à effet Hall), et les russes en ont fabriqué au moins un centaine, montés sur leurs satellites, et c'est du même type que le moteur de Smart-1 (qui est une copie du moteur russe SPT-100). C'est aussi disponible commercialement depuis plusieurs années aux Etats-Unis.
La "news" concerne une amélioration permettant de faire varier la vitesse d'éjection. Une amélioration intéressante, mais rien de bien révolutionnaire...

A pioux: ça peut marcher avec du krypton, et il y a aussi des variantes du moteur Hall qui fonctionnent avec du bismuth ou du lithium. En utilisant du krypton, on obtient une vitesse d'éjection plus importante : jusqu'à ve=50 km/s, contre environ 20 km/s pour un moteur standard au xénon. Les moteurs fonctionnant au bismuth atteignent une ve encore plus importante.

A cyrille: il n'y a pas de grille dans le moteur évoqué par cette nouvelle, il s'agit d'un autre type de moteur. Ici, la cathode est formée par un nuage d'électron piégés par un champ magnétique. Mais même dans un moteur à grille, ce n'est pas le grille de sortie qui rend leurs électrons aux ions.
Schéma ici :
http://www.gatech.edu/news-room/release.php?id=1281

[Maulus]

moins il y a de matière, moins il y a de poussé, c'est dommage

on peut pas faire pareil avec un flux d'éléctron à la place ?

[pioux]

Ok, merci pour ta reponse lambda. Et en ce qui concerne la vitesse d'ejection de l'ion, est-ce que cela depend de sa masse (ce qui expliquerait qu'elle varie en fonction de l'atome) ou est-ce une autre proprieté physique qui provoquerait cet effet ?

Je ne savais pas que cela était deja utilisé comme propulsion principale sur des satellites Russe, merci pour l'info

[lambda0]

Ok, merci pour ta reponse lambda. Et en ce qui concerne la vitesse d'ejection de l'ion, est-ce que cela depend de sa masse (ce qui expliquerait qu'elle varie en fonction de l'atome) ou est-ce une autre proprieté physique qui provoquerait cet effet ?

Je ne savais pas que cela était deja utilisé comme propulsion principale sur des satellites Russe, merci pour l'info

Oui, c'est ça : a = qE/m
Le krypton étant plus léger que le xénon, l'accélération est plus importante pour un champ donné.
Autre paramètre : plus on utilise un ion léger, plus la charge par unité de masse est importante, ce qui exacerbe les problèmes de charge d'espace dans certaines zones du moteur, rend plus difficile la collimation du faisceau de sortie, mais limite également la densité de poussée (réponse à Maulus: c'est pour celà qu'on ne peut pas utiliser un faisceau d'électrons). De ce point de vue de la densité de poussée, le moteur Hall est meilleur que le moteur à grille, mais quand même pas aussi bon que les moteurs électromagnétiques accélérant directement un plasma neutre en tout point.
Un autre critère de choix est l'énergie d'ionisation, différente d'un ion à l'autre, et qui affecte le rendement global (enfin, plus subtilement, l'énergie d'ionisation par unité de masse).

A+

[pioux]

Merci pour le detail

Trés interessant en tout cas.