Propulsion électrique (spatial)

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La propulsion électrique dans le domaine spatial est un type de propulsion à réaction dans lequel l'électricité est utilisée comme source d'énergie pour accélérer un fluide. Contrairement à la propulsion chimique, ce type de propulsion spatiale ne fournit pas des poussées suffisamment importantes (poussées inférieures à 1 newton, soit 100 gramme-force) pour placer en orbite des satellites artificiels mais, grâce à une impulsion spécifique très élevée, elle permet de réduire de manière très importante (jusqu'à dix fois) la masse d'ergols nécessaire pour manœuvrer un engin dans l'espace par rapport aux autres types de propulsion. L'énergie électrique est fournie généralement par des panneaux solaires, mais elle pourrait également provenir de générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG).

Des prototypes de propulseurs ont été développés dans les années 1960, mais ce n'est que depuis les années 2000 que son emploi s'est généralisé pour les corrections orbitales des satellites circulant en orbite géostationnaire, et pour l'exploration du système solaire sur certaines sondes spatiales (Smart 1, Dawn, Hayabusa). De nombreuses techniques coexistent, mais deux catégories se sont particulièrement développées : les moteurs à effet Hall et les moteurs ioniques à grilles.

Historique

Le concept de la propulsion électrique spatiale est décrit de manière relativement simultanée et indépendante en 1906 par les pionniers du domaine spatial Robert Goddard, en 1906, et Constantin Tsiolkovsky, en 1911. Différentes modalités de mise en œuvre sont décrites par Hermann Oberth, en 1929, puis par Shepherd et Cleaver, au Royaume-Uni, en 1949. Les premières recherches pratiques démarrent dans les années 1960, au début de l'ère spatiale. Elles sont menées aux États-Unis par le centre de recherche Glenn de la NASA, par le JPL et par les laboratoires de recherche Hughes et en Union soviétique par plusieurs laboratoires de recherche. Les premiers propulseurs électriques expérimentaux utilisés dans l'espace sont des moteurs ioniques, utilisant comme fluide du mercure ou du césium. Les recherches soviétiques se concentrent sur les moteurs à effet Hall, tandis que les chercheurs américains s'intéressent plus particulièrement aux moteurs ioniques à grilles[1].

L'installation d'un couple de moteurs SPT-60 à bord des satellites météorologiques soviétiques Meteor (premier lancement en 1971) constitue la première application opérationnelle de la propulsion électrique spatiale. Ces moteurs à effet Hall sont utilisés pour maintenir les satellites sur leur orbite. Le Japon lance en 1995 le satellite Engineering Test Satellite VI, qui est équipé d'un moteur ionique à grilles. Aux États-Unis, la première utilisation commerciale débute en 1997 avec le lancement de satellites de télécommunications Hughes équipés de moteurs XIPS (Xenon Ion Propulsion System). La sonde spatiale Deep Space 1, lancée en 1998, est le premier engin destiné à explorer le système solaire dont la propulsion principale est assurée par un moteur électrique[1].