TPE Les voyages spatiaux de longue durée

Propulsion ionique

Un moteur ionique utilise des ions pour créer l’effet d’action-réaction. L’élément utilisé est le xénon de part sa forte densité, son ionisation aisée et sa capacité de propulsion élevée, le xénon est le gaz idéal pour le positionnement des satellites. Ainsi, le xénon remplace progressivement les propergols chimiques (carburant et comburant) dans les moteurs ioniques des satellites. En effet, le moteur ionique a une puissance bien supérieure à celle des moteurs chimiques classiques. De plus il consomme que très peu de carburant (ce qui allège le vaisseau).

Mais ce type de propulsion peut être utile lors de voyage de longue durée uniquement et non pas pour de courte distance car la poussée résultante est très faible. Mais dans l’espace, cette poussée permettrait sur de longues distances d’atteindre des vitesses très élevées.

Principe

Dans un moteur ionique, le xénon est bombardé par des électrons. Le xénon perd alors 1 électron et devient un ion positif. Deux grilles positive et négative attirent ensuite électrostatiquement l’ion positif donc un tiers de ces électrons sont expulsés créant ainsi une poussée et le reste se collent aux grilles et son rapidement neutralisés par des électrons ambiants. L’atome de xénon est alors remit dans son cycle en retournant dans la chambre d’ionisation.

Schéma d'un moteur ionique

Advanced Electric Propulsion at the University of Washington :

Aller sur Mars impliquerait actuellement une mission d’environ 2 ans et demie. Grâce à ce projet, la mission pourrait être réduite à 90 jours.

Le principe est de générer un rayon suffisamment puissant pour propulser un vaisseau vers Mars. Cela enlèverait la contrainte du transport de carburant. C’est donc plus économique, plus rapide et réutilisable. Si ce projet abouti, cela réduira le fossé entre la science-fiction et la science.

Le but final est d’utiliser une station spatiale muni de panneaux solaires pour générer du plasma. Le plasma est considéré comme le 4eme état de la matière, constitué d’ions et d’électrons. Cette station lance un rayon en direction d’un vaisseau spatial et le rayon propulserait le vaisseau vers Mars sans jamais le toucher comme deux aimants se repoussants. Le vaisseau atteindra des vitesses de l’ordre de 30 km/s donc 4 fois plus vite que la navette utilisant la propulsion classique (excepté SMART (ESA) ou Deep Space 1 (Nasa)). Mais pour stopper un vaisseau de ce type, il faudrait placé en orbite sur le lieu d’arriver une autre station générant du plasma depuis la destination afin de ralentir le vaisseau.

Conclusion

Construire le véhicule de transfert martien en orbite aurait la taille comparable à l’actuelle station spatiale internationale (108m de large, 74m de long, plus de 400 tonnes).