Création d'un nouveau moteur à plasma fonctionnant avec des gaz atmosphériques

Le chercheur Francesco Romano de l'Université de Stuttgart a développé un moteur à plasma expérimental capable d'utiliser la fine atmosphère terrestre comme fluide de travail. Selon ixbt.com, cette technologie pourrait permettre aux satellites de fonctionner pendant des années sur des orbites ultra-basses sans avoir besoin de réserves de xénon. C'est ce que rapporte Ixbt.com .

Cette innovation appartient à la classe des ABEP (Atmosphere-Breathing Electric Propulsion), dont le principe de fonctionnement repose sur la collecte et l'ionisation des molécules et atomes des couches supérieures de l'atmosphère pendant le vol du satellite. Le plasma généré est accéléré par un champ électromagnétique, produisant ainsi une poussée réactive.

Avantages de la nouvelle technologie

Ces systèmes de propulsion suscitent un grand intérêt, en particulier pour les orbites terrestres très basses situées entre 100 et 450 km d'altitude. Plus un satellite est proche de la Terre, plus il peut capturer des images détaillées, tandis que les systèmes de radiolocalisation et de communication nécessitent moins de puissance. De plus, une fois la mission terminée l'appareil quitte l'orbite plus rapidement, réduisant ainsi la quantité de débris spatiaux.

Cependant, le problème majeur des orbites VLEO est la traînée atmosphérique résiduelle. Même à ces altitudes, les satellites ralentissent progressivement et sont contraints de consommer du carburant pour compenser la perte de vitesse. Le nouveau dispositif propose d'utiliser ce gaz ténu, responsable de la traînée aérodynamique, comme fluide de travail.

Défis techniques et solutions

L'obstacle le plus difficile s'est avéré être l'oxygène atomique, un composant hautement réactif de la haute atmosphère, car il a tendance à corroder les électrodes, les cathodes et d'autres éléments des moteurs à plasma traditionnels. Pour résoudre ce problème, Romano a créé un moteur hélicon radiofréquence sans contact dépourvu de neutralisateur externe. Le champ magnétique façonne le flux de plasma quasi-neutre, ce qui permet de se passer de l'un des éléments les plus fragiles.

Dans le cadre du projet, une attention particulière a été accordée à la création du système d'admission d'air. Parmi les trois variantes testées, la conception avec une surface parabolique réfléchissante s'est avérée la plus efficace. Lors des expériences, elle a collecté environ 94,3 % des particules d'oxygène atomique, d'azote et d'argon entrantes.

Pour générer le plasma, on utilise une antenne de type « birdcage », inspirée de la conception des antennes d'IRM médicales. Les tests ont montré que jusqu'à 99 % de la puissance haute fréquence transmise est injectée dans la zone de génération de plasma du moteur.

Dans une chambre à vide, le dispositif a généré du plasma de manière stable avec seulement 50–60 W. Les scientifiques ont modélisé la composition et la concentration des gaz typiques de la haute atmosphère terrestre. Les calculs indiquent qu'un satellite complet équipé d'un tel moteur serait capable de maintenir une orbite entre 190 et 250 km en utilisant moins de 1,6 kW d'énergie électrique fournie par des panneaux solaires.