Propulsion spatiale - Définition

Introduction

Cet article présente le concept de propulsion spatiale, c'est-à-dire tout système permettant de déplacer un véhicule spatial que ce soit du sol vers l'espace ou bien directement dans l'espace pour des changements d'orbite terrestre ou des trajectoires interplanétaires.

Cela inclut les moyens de propulsion des véhicules spatiaux (fusées, satellites, sondes) ou les systèmes de contrôle d'orbite et d'altitude.

Principe

Le principe général de la propulsion spatiale s'appuie, à quelques exceptions près, sur l'échange de quantité de mouvement entre la matière éjectée et l'engin à propulser. Le bilan de quantité de mouvement s'écrit pour l'engin :

où dP est variation de quantité de mouvement et v la vitesse d'éjection de la matière.

Cette variation se traduit, en utilisant la deuxième loi de Newton appliquée sur l'engin, par une force s'exerçant sur l'engin :

où F est la force appliquée sur l'engin et le débit de matière éjectée.

Performance

Afin de pouvoir classer et comparer les différents types de propulsion, un critère de performance a été établi : l'impulsion spécifique. Il est défini par :

où F est la poussée fournie par la propulsion, le débit de matière éjectée et g₀ l'accélération due au champ de gravité, supposé constant à proximité de la surface d'une planète.

Structure d'un système propulsif spatial

La structure abstraite suivante peut s'appliquer de façon générale aux différents types de propulseurs :

Classification des différents types de propulsion

La classification des différents types de propulsion peut se faire en trois groupes selon le niveau de technologie nécessaire de développement (se reporter aux notions de TRL et SRL). Cette classification contient néanmoins une part de subjectivité et peut donc être sujette à discussion. Par ailleurs, des combinaisons peuvent intervenir entre les différents types de propulsion.

Propulsion classique

• gaz froid
• Propulsion à propergol liquide
• Propulsion à propergol solide

Propulsion avancée

• Propulsion spatiale hybride
• Propulsion nucléaire
• Propulsion électrique :
  • Propulsion électromagnétique : propulseur magnétoplasmadynamique
  • Propulsion électrostatique : Propulseur ionique à bombardement, Propulseur à effet Hall (SPT),
  • Propulsion électrothermique : VASIMR
• Propulsion héliothermique
• Superstato
• Moteur à ondes de détonation pulsées (PDE)
• propulsion laser
• Voile :
  • Voile solaire
  • Voile magnétique

Propulsion exotique

• Magnétohydrodynamique
• Antimatière
• Moteur d'Alcubierre
• Ascenseur spatial
• Propulsion captive
• Propulsion photonique