Transmettre son savoir est un don de soi

Fiche technique : Propulsion électrique des engins spatiaux.

 

analyse.gif

ius6

avatar i love japan

Note de sylv1 adm:

Vendredi 14 juin 2013, 12h20.

Je suggère un article décryptant certains aspects technologiques pour la conception  de certains véhicules spatiaux , sans doute un critère des engins de demain voué à s’étendre dans ce genre de procédé concernant la filière aérospatiale à divers stades.

Explications dans l’article ci-dessous.

gif

Barre cora

VASIMR source: salotti.pagesperso-orange.fr/

VASIMR
Source: salotti.pagesperso-orange.fr/

Propulsion électrique des engins spatiaux

Article source:salotti.pagesperso-orange.fr/

Introduction

Il existe déjà de nombreux sites webs consacrés à la propulsion électrique des engins spatiaux, aux technologies des moteurs ioniques ou à plasma comme le concept VASIMR. Le concept est maîtrisé, car plusieurs missions, dont SMART 1, ont déjà exploité des moteurs ioniques. Il n’est pas question ici d’en rappeler les détails, mais de discuter de l’exploitation de ces systèmes de propulsion dans le cadre d’un voyage habité aller-retour vers Mars. A priori, le concept semble intéressant car en propulsion chimique classique la masse des ergols embarqués dans les fusées est colossale. En ce qui concerne les moteurs ioniques ou à plasma, ils permettent précisément une grande économie de carburant. Le principe du moteur ionique est simple : il faut d’abord ioniser un gaz, puis accélérer les ions grâce à la force électromagnétique. Les ions sont ensuite éjectés à très grande vitesse (de l’ordre de 50 km/s) dans la direction opposée au déplacement de la fusée. Il existe 4 caractéristiques essentielles :

  • La poussée est extrêmement faible, souvent inférieure à 1 Newton, ce qui implique une durée de poussée de l’ordre de plusieurs mois pour atteindre une vitesse significative.

  • Le Delta V qu’il faut atteindre pour rejoindre une orbite haute depuis LEO, ou pour atteindre Mars depuis une orbite haute terrestre est très supérieure au Delta V classiquement requis en propulsion chimique. Ceci est dû à l’effet Oberth. Voir par exemple le site dédié au « Delta V budget » de l’Université de Delft pour un tableau approximatif des Delta V en propulsion électrique. Bien entendu, cela a un impact encore plus fort sur la durée du voyage.

  • Il faut énormément d’énergie électrique pour faire fonctionner le moteur, typiquement de l’ordre de plusieurs dizaines ou centaines de kiloWatts et certains envisagent même des MegaWatts.

  • Le durée de vie du moteur est généralement limitée en raison de l’érosion due aux ions (sauf pour le concept VASIMR qui n’utilise pas de cathodes)

1. Exercice d’application : quelle durée pour atteindre 1 km/s ?

Pour se faire rapidement une idée, il est utile de prendre un exemple. Supposons que le vaisseau soit équipé d’un moteur ionique alimenté par des panneaux solaires ou un réacteur nucléaire. Prenons en considération les données du système NEXIS (Nuclear Electric Xenon Ion System) publiées dans la référence suivante :
J.E. Polk et al, An overview of the Nuclear Electric Xenon Ion System (NEXIS) Program, Joint AIAA Propulsion Conference, Huntsville, Alabama, 20-23 juillet 2003.
Ce système requiert 20 kW électrique pour obtenir une impulsion spécifique de 7500 secondes avec une poussée de 0,4 Newton. Supposons que nous disposions de 100 kW et prenons 5 moteurs à propulsion ionique de ce type. Cela fait une poussée de 2 Newtons. Si un souhaite augmenter la vitesse d’un vaisseau de X tonnes de 1 km/s, par exemple pour atteindre la vitesse de  libération martienne à partir d’une orbite martienne déjà haute, combien de tonnes d’ergols faut-il et combien de temps doit durer la poussée ? Voici quelques équations importantes pour tout calculer :

Nuage de Tags

%d blogueurs aiment cette page :