Laboratoire de Physique des Plasmas

Tutelles

CNRS Ecole Polytechnique
Sorbonne Université Université Paris Sud
Observatoire de Paris

Rechercher


 
Le LPP est
conventionné avec
CEA

Accueil > Recherche > Plasmas Froids > Plasmas pour la propulsion spatiale

Plasmas pour la propulsion spatiale

Vers de nouveaux propulseurs…

La propulsion des engins spatiaux et des fusées est fondée sur le même principe de base, à savoir l’obtention d’une force de propulsion (la poussée) par l’accélération et l’éjection de masse.
Les fusées chimiques obtiennent de fortes poussées en éjectant rapidement de grandes quantités de matière, et peuvent ainsi échapper à l’attraction gravitationnelle terrestre pour atteindre l’espace. Toutefois, cette méthode consomme de grandes quantités de carburant et par conséquent s’avère très coûteuse pour de longues missions interplanétaires, ou pour maintenir un satellite sur l’orbite voulue.
Dans ce but, la propulsion électrique semble prometteuse et suscite un large intérêt ces dernières années. La vitesse d’éjection des propulseurs électriques peut atteindre 102 km/s avec une charge de carburant embarquée 10 fois plus faible que pour les fusées chimiques. La poussée permise par les propulseurs électriques est relativement faible (ils ne peuvent donc pas être utilisés pour quitter la terre) mais ils fournissent l’accélération nécessaire pour les missions interplanétaires.
Les propulseurs électriques déjà utilisés pour les applications spatiales sont des propulseurs à grille (aussi appelés moteurs ioniques) et les propulseurs à effet Hall. La poussée est assurée en extrayant et en accélérant les ions positifs issus d’un plasma à haute densité. Le faisceau d’ion est neutralisé par les électrons issus d’une cathode creuse en aval de l’étage d’accélération. Cette neutralisation est nécessaire pour éviter une accumulation de charges négatives sur le vaisseau spatial qui s’opposerait au champ accélérateur.

La propulsion électrique au LPP

Au LPP, des travaux expérimentaux, théoriques et de simulation sont menés sur la propulsion électrique dans le cadre de trois projets :

Propulseur PEGASES (Plasma Propulsion with Electronegative GASES)
Le propulseur à plasma électronégatif PEGASES (breveté par l’école polytechnique début 2007) appartient à la famille des propulseurs électrostatiques. L’innovation majeure consiste à utiliser à la fois les ions positifs et les ions négatifs pour la poussée. Pour y parvenir, un plasma électronégatif à haute densité est généré (un plasma constitué à la fois d’ions positifs, d’ions négatifs et d’électrons). Un champ magnétique est utilisé pour séparer les électrons, si bien qu’une zone libre d’électrons est obtenue à la périphérie du plasma. Cette région sans électrons est appelé un plasma ion-ion où seuls des ions positifs et des ions négatifs sont présents. La poussée est obtenue en extrayant puis en accélérant les ions positifs et négatifs à partir de cette région particulière.

Le premier prototype de PEGASES à été mis en route dans une petite chambre à vide fin 2007 au LPP. Depuis, les travaux expérimentaux, théoriques et de simulation menés au LPP on pour but :
- De mieux comprendre et optimiser le filtrage des électrons par le champ magnétique,
- d’étudier les instabilités, le transport anormal, et le refroidissement des électrons observé expérimentalement
- d’évaluer les performances de l’iode comme carburant du futur dans la propulsion spatiale

Propulseur Neptune
Neptune est un Propulseur à grilles avec un système original d’accélération RF. C’est un concept innovant (2 brevets de l’Ecole Polytechnique), inspiré des plasmas de gravure. Un des avantages de Neptune est son absence de cathode, qui est un point crucial pour la miniaturisation des propulseurs

Propulseurs à effet Hall
Les travaux menés au LPP sur les propulseurs à effet Hall sont menés dans le cadre de la chaire ANR industrielle POSEIDON portée par le laboratoire LPP. Le partenaire industriel de la chaire est Safran Aircraft Engines. Dans ce projet, les simulations 3D dans les géométries réelles des propulseurs à effet Hall seront réalisées en collaboration avec le CERFACS à Toulouse.

Pour plus d’informations :

- >https://www.lpp.polytechnique.fr/Une-chaire-ANR-industrielle-sur-les-Nouveaux-propulseurs-plasmas-pour]


transparent
©2009-2018 Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP)

Mentions légales
Exploitant du site : Laboratoire de Physique des Plasmas, Ecole Polytechnique route de Saclay F-91128 PALAISEAU CEDEX
Hébergeur : Laboratoire de Physique des Plasmas, Ecole Polytechnique route de Saclay F-91128 PALAISEAU CEDEX
Directeur de la publication : Pascal Chabert (Directeur)