Réacteur d'hélicon en fonctionnement. Crédit image: ESA Cliquez pour agrandir
L'ESA a confirmé le principe d'un nouveau propulseur spatial qui pourrait finalement donner beaucoup plus de poussée que les techniques de propulsion électrique d'aujourd'hui. Le concept est ingénieux, inspiré par les aurores boréales et méridionales, les lueurs dans le ciel qui signalent une augmentation de l'activité solaire.
«Essentiellement, le concept exploite un phénomène naturel que nous voyons se produire dans l'espace». »explique le Dr Roger Walker de l'équipe Advanced Concepts de l'ESA. «Quand le vent solaire, un? Plasma? de gaz électrifié libéré par le Soleil, frappe le champ magnétique de la Terre, il crée une frontière constituée de deux couches de plasma. Chaque couche a des propriétés électriques différentes et cela peut accélérer certaines particules du vent solaire à travers la frontière, les obligeant à entrer en collision avec l'atmosphère de la Terre et à créer l'aurore. »
En substance, une double couche de plasma est l'équivalent électrostatique d'une cascade. Tout comme les molécules d'eau captent de l'énergie lorsqu'elles tombent entre les deux hauteurs différentes, les particules chargées électriquement captent de l'énergie lorsqu'elles voyagent à travers les couches de propriétés électriques différentes.
Les chercheurs Christine Charles et Rod Boswell de l'Université nationale australienne de Canberra ont créé pour la première fois des doubles couches de plasma dans leur laboratoire en 2003 et se sont rendu compte que leurs propriétés d'accélération pouvaient permettre de nouveaux propulseurs d'engins spatiaux. Cela a conduit le groupe à développer un prototype appelé Helicon Double Layer Thruster.
La nouvelle étude de l'ESA, réalisée dans le cadre du programme de recherche académique Ariadna de l'ESA en association avec l'Ecole Polytechnique de Paris, confirme les résultats australiens en montrant que dans des conditions soigneusement contrôlées, la double couche peut être formée et reste stable, permettant l'accélération constante de particules chargées dans un faisceau. L'étude a également confirmé que des doubles couches stables pouvaient être créées avec différents mélanges de gaz propulseurs.
"La collaboration a été absolument excellente," dit le Dr Pascal Chabert, du Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, Ecole Polytechnique. «Cela a été un vrai coup d'envoi pour moi et m'a donné beaucoup de nouvelles idées de concepts de propulsion plasma à étudier avec l'équipe Advanced Concepts. La nouvelle direction de notre laboratoire avait conduit à un brevet sur un nouveau dispositif de propulsion électrique prometteur appelé propulseur à plasma électronégatif.
Pour créer la double couche, Chabert et ses collègues ont créé un tube creux autour duquel était enroulée une antenne radio. Du gaz argon a été pompé en continu dans le tube et l'antenne a transmis des ondes radio hélicoïdales de 13 mégahertz. Cela a ionisé l'argon créant un plasma. Un champ magnétique divergent à l'extrémité du tube a alors forcé le plasma à se dilater. Cela a permis la formation de deux plasmas différents, en amont dans le tube et en aval, et ainsi la double couche a été créée à leur limite. Cela a accéléré davantage le plasma d'argon du tube dans un faisceau supersonique, créant une poussée.
Les calculs suggèrent qu'un propulseur à double couche d'hélicon prendrait un peu plus de place que le propulseur électrique principal de la mission SMART-1 de l'ESA, mais il pourrait potentiellement fournir plusieurs fois plus de poussée à des puissances supérieures allant jusqu'à 100 kW tout en donnant une puissance similaire la consommation de carburant.
Dans les prochaines étapes, l'ESA va maintenant construire une simulation informatique détaillée du plasma dans et autour du propulseur et utiliser les résultats de laboratoire pour vérifier sa précision, afin que les performances dans l'espace puissent être entièrement évaluées et que des propulseurs expérimentaux de plus grande puissance puissent être enquêté à l'avenir.
Source d'origine: portail ESA
