article original publié par Science @ Nasa
auteur : Trudy E. Bell
traduction de Didier Jamet
9 SEPTEMBRE 2002
À la lumière des connaissances scientifiques actuelles, quelles sont les options disponibles ?
La Nasa travaille d’arrache-pied sur deux approches fondamentales. La première est de développer des fusées radicalement nouvelles, avec une efficacité énergétique au moins 10 fois supérieure à la propulsion chimique. La seconde est de développer des systèmes « sans carburant », alimentés par des ressources abondantes dans le vide spatial.
Toutes ces technologies ont une chose en commun : elles ont un démarrage très lent, semblable à celui de la tortue de la fable, mais au cours du temps se transforment en lièvre qui peut réellement gagner la course vers Mars – ou une autre destination. Elles se fondent sur le principe qu’une faible accélération continue sur plusieurs mois peut finalement proposer un vaisseau spatial beaucoup plus loin qu’un énorme coup de pied initial suivi d’une longue période sur l’élan.
Sur un plan technique, ce sont tous des systèmes à faible poussée (ce qui revient à dire que l’accélération serait si délicate que vous ne la sentiriez presque pas, équivalente au poids d’une feuille de papier reposant sur la paume de votre main.) mais agissant sur une longue période.
Après des mois de cette faible accélération continue, vous tailleriez la route à plusieurs kilomètres par seconde ! Par comparaison, les systèmes à propulsion chimique ont une poussée élevée mais de faible durée. Vous êtes collé au siège quand les moteurs s’allument, mais un court instant. Après quoi le réservoir est vide.
Des fusées à rendement élevé
« On peut appeler fusée tout système qui éjecte quelque chose dans un sens pour se propulser soi-même en sens contraire » insiste Johnson . (Pas d’accord avec cette définition ? Asseyez-vous sur une planche à roulettes et dirigez un jet d’eau à haute pression dans un sens, vous verrez si vous n’êtes pas propulsé dans l’autre.)
Les candidats les mieux placés pour les fusées de future génération sont tous des variations sur le thème du moteur ionique. Dans les moteurs ioniques actuels, le propulsif est un gaz inerte incolore, inodore, et sans gôut, comme le xénon.. Le gaz emplit une chambre où se trouvent des aimants disposés en anneau et parcourue par un faisceau d’électrons.
Les électrons frappent les atomes de gaz, arrachant au passage un électron de sa couche superficielle, ce qui transforme les atomes jusqu’ici électriquement neutres en ions positivement chargés.
Des grilles électrifiées perforées d’une multitude de trous (15 000 dans les versions actuelles) canalisent les ions vers la tuyère d’éjection du vaisseau.
Les ions percutent à travers les grilles à des vitesses dépassant les 160 000 kilomètres à l’heure (à rapprocher des 360 kilomètres à l’heure d’une formule 1), se précipitant hors du moteur pour gagner l’espace, et engendrant du même coup une poussée équivalente.
D’où vient l’électricité qui permet de ioniser le gaz et de démarrer le moteur ? Soit de panneaux solaires (dite propulsion électrique solaire), soit de réactions de fission ou de fusion (on parle alors de propulsion électrique nucléaire).
Les moteurs à propulsion électrique solaire seraient les plus efficaces pour les missions automatiques entre le Soleil et Mars, la propulsion électrique nucléaire prenant l’avantage pour les missions robotisées au-delà de Mars où le rayonnement solaire devient faible, ou pour les missions habitées où la poussée est essentielle.
La propulsion ionique fonctionne. Ce système a fait ses preuves non seulement au banc d’essai sur Terre, mais en service dans des vaisseaux spatiaux, le dernier étant Deep Space 1, une petite mission scientifique animée par propulsion électrique solaire. Elle survola et prit des images de la comète Borrelly en septembre 2001. Son moteur ionique est dix fois plus efficace que les fusées chimiques classiques
Suite de cet article : Vaisseaux interplanétaires sans moteurs
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