Ce nouveau moteur intelligent pourrait envoyer un vaisseau spatial de la taille d'une mallette sur Mars

Les ingénieurs du MIT ont développé un système de propulsion deux-en-un capable d'alimenter à la fois des propulseurs chimiques traditionnels et des propulseurs électriques, combinant vitesse et puissance avec une maniabilité plus lente et plus précise pour les petits satellites.

La clé de leurs recherches réside dans un type de monergol vert initialement développé par l’US Air Force pour être utilisé dans la propulsion chimique. Dans un nouveau papier publiés dans le Journal of Propulsion and Power, les chercheurs montrent que ce propulseur peut également alimenter de minuscules propulseurs électrospray.

L'équipe du MIT travaille avec la NASA pour lancer un cubeat de la taille d'une mallette qui transportera un propulseur chimique et quatre propulseurs électrospray, qui seront tous alimentés par un seul réservoir de propulseur. La technologie expérimentale pourrait permettre à de petits satellites de voyager au-delà de l'orbite terrestre sans être alourdis par deux réservoirs de propulseur séparés.

« Si vous pouvez avoir une propulsion chimique et électrique dans un seul petit boîtier, c'est le meilleur des deux mondes », a déclaré Amelia Bruno, ancienne postdoctorante au Département d'aéronautique et d'astronautique du MIT et auteur principal de l'article. déclaration. « Cela ouvre la porte aux petits satellites pour faire encore plus de science, plus d'observations et des missions plus intéressantes, le tout sur une plate-forme plus petite et moins chère. »

Deux oiseaux, une pierre

La propulsion chimique utilise une grande quantité de carburant et un comburant, convertissant l'énergie stockée dans les liaisons chimiques des propulseurs pour expulser les gaz chauds et produire une poussée courte et puissante. Les propulseurs à électrospray, en revanche, sont beaucoup plus efficaces. Les fusées de la taille d'une pièce de dix cents utilisent des champs électriques pour charger les particules d'un propulseur liquide, qui sont ensuite projetées dans l'espace sous forme de pulvérisation génératrice de poussée.

Alors que les propulseurs chimiques fournissent des rafales courtes et rapides, les propulseurs électrospray sont utilisés pour effectuer des manœuvres lentes et précises. S'ils sont combinés, les propulseurs chimiques permettraient à un vaisseau spatial d'accélérer ou de ralentir et de monter ou descendre rapidement, tandis que les propulseurs électrospray peuvent l'aider à avancer lentement lors d'un long voyage interplanétaire.

Le nouveau système de propulsion permettrait aux petits satellites de transporter les deux propulseurs en utilisant le même propulseur, ouvrant ainsi la porte à des engins spatiaux plus petits et moins chers à explorer au-delà de l'orbite terrestre. « Nous pourrions envoyer des CubeSats sur Mars, ou dans la ceinture d'astéroïdes, où ils pourraient faire le voyage lentement, à l'aide de propulseurs à électrospray », Paulo Lozano, professeur d'aéronautique et d'astronautique au MIT et coauteur de l'étude, a déclaré dans un communiqué. « Vous pourriez alors utiliser vos propulseurs chimiques pour vous déplacer rapidement et examiner des caractéristiques intéressantes. Vous pourriez avoir beaucoup plus de flexibilité pour faire beaucoup plus de choses. »

Un meilleur ajustement

L’équipe d’ingénieurs à l’origine de l’étude conçoit des propulseurs à électrospray pour les petits satellites allant de la taille d’une boîte à lunch à une valise à main. Ces petits gars sont beaucoup moins chers à fabriquer et à lancer dans l’espace, mais ils nécessitent également des systèmes de propulsion plus petits.

Au fil des années, les ingénieurs ont testé différentes conceptions de propulseurs utilisant différents types de propulseur liquide ionique, un carburant essentiellement composé de sels et pouvant rester liquide dans l’espace. « Il s'agit essentiellement d'une mer d'ions, c'est pourquoi nous basons notre technologie autour de celle-ci, afin de pouvoir extraire ces ions dans un électrospray », a déclaré Bruno.

C’est alors que l’équipe s’est tournée vers un nouveau type de propulseur liquide ionique développé par l’US Air Force. Le propulseur Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic (ASCENT), une alternative moins toxique à l'hydrazine, était testé dans des propulseurs chimiques. « Nous avons dit, hé, c'est ce que nous utilisons habituellement », a déclaré Bruno. « En théorie, cela devrait fonctionner. Voyons comment. »

Pour la nouvelle étude, les ingénieurs ont testé l’utilisation d’ASCENT pour les propulseurs à électrospray. Les propulseurs étaient fixés à un petit réservoir en forme de cube de la taille d’une brique Lego, et les ingénieurs appliquaient à distance différents niveaux de tension pour activer les propulseurs. Les propulseurs produisaient un jet qui faisait tourner les cubes, comme une toupie flottante, selon les chercheurs.

Au cours de plusieurs expériences, l’équipe a découvert qu’ASCENT n’était pas en mesure d’alimenter avec succès chaque propulseur électrospray ; il était tout aussi efficace que les autres liquides ioniques conventionnels. « Maintenant que nous savons que nos propulseurs fonctionnent avec ASCENT, nous pouvons commencer à réfléchir à toutes les façons dont nous pouvons les rendre encore meilleurs », a déclaré Bruno.

L'équipe testera l'idée avec la mission Green Propulsion Dual Mode de la NASA, dont le lancement est prévu en novembre. Le cubesat sera équipé d'un seul réservoir de carburant conçu pour alimenter les deux types de propulseurs avec un système compact deux-en-un.

« Ce sera la première fois qu'un satellite disposera d'un réservoir de propulseur partagé », a déclaré Lozano. « Disons qu'une tempête approche et que vous voudriez déployer votre constellation de petits satellites pour observer au-dessus d'un seul endroit. Vous pouvez choisir de les envoyer rapidement ou lentement en fonction de la nature de l'observation. Et la seule façon d'y parvenir est d'avoir deux systèmes de propulsion, ce qui est désormais possible. »