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Nicolas Lequette a soutenu sa thèse "Numerical modelling of the PEGASES spacecraft thruster"
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Le 6 février 2025, Nicolas Lequette a soutenu sa thèse "Numerical modelling of the PEGASES spacecraft thruster".
Résumé :
L’industrie de la propulsion spatial électrique est en train de transitionner vers de nouveaux ergols. Jusqu’à récemment, le xénon était privilégié. Il s’agit duplus lourd des gaz nobles stable, caractéristiques qui bénéficient au rapport poussée/puissance des propulseurs électriques. Cependant, l’offre limitée ne peut satisfaire la demande croissante à mesure que l’espace s’industrialise. De nouveaux systèmes de propulsion sont conçus autour de gaz nobles plus légers, sacrifiant l’efficacité pour le prix. D’autres utilisent des ergols moléculaires, notamment l’iode. Bien que réactif, cet élément voisin du xénon dans le tableau périodique peut offrir des performances similaires avec l’avantage d’une plus grande densité de stockage.
Le développement des prochains systèmes de propulsion nécessite des outils de conception et de simulation adaptés aux ergols alternatifs. Dans ce travail, nous proposons d’utiliser un code 1D Particle-In-Cell couplé à un modèle de fluide comme moyen rapide de simuler les décharges à basse pression que l’on trouve dans les moteurs électriques. Nous avons mis en œuvre un modèle analytique pour émuler le transport des particules dans les directions non
simulées. Cette méthode permet de simuler des géométries simples avec un modèle 1D. En outre, la technique de changement d’échelle de la permittivité
du vide permet de simuler rapidement des systèmes complets.
Pour garantir la précision de notre modèle, nous l’avons validé de manière approfondie en utilisant les diagnostic mesurées sur le propulseur PEGASES.
Ce processus de validation a couvert des décharges inductives avec de l’iode et divers gaz nobles, l’argon, le krypton et le xénon.
La validation des gaz rares a montré que le code pouvait reproduire les tendances des variations des paramètres électroniques au fur et à mesure de
l’évolution de la pression et de la puissance. Cependant, sa dimensionnalité réduite et le modèle fluide, entravent son pouvoir prédictif aux plus basses pressions et a trop haute puissance. Pour l’iode, les simulations à basse pression sont en bon accord avec les données expérimentales. Cependant, le modèle
peine à maintenir l’équilibre délicat entre les nombreuses espèces à haute pression.
Jury :
Pere Roca, Directeur de Recherche, École polytechnique, président
Gilles Cartry, Professeur, PIIM, Aix-Marseille Université, rapporteur
Laurent Garrigues, Directeur de Recherche, LAPLACE, Université de Toulouse, rapporteur
Trevor Lafleur, Senior lecturer, UNSW Canberra, examinateur
Victor Désangles, Chargé de Recherche, ONERA, examinateur
Pascal Chabert, Directeur de Recherche, LPP, Ecole polytechnique, directeur de thèse
Anne Bourdon, Directrice de Recherche, LPP, Ecole polytechnique, directrice de thèse
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