Propulsion spatiale électrique avancée
LPTP (Ec. Polytechnique) et PRL (Canberra). Coll. R.W. Boswell, P. Chabert, C. Charles, J. Guillon, O. Sutherland.
1 - Doubles couches électriques et propulsion: le concept australien HDLT
Plasma hélicon haute densité. N Plihon |
L'équipe australienne SP3 de l'Australian National University a observé l'existence de doubles couches de fortes amplitudes lorsqu’un champ magnétique très divergent force une expansion brutale du plasma. Une chute de potentiel (quelques dizaines de Volts) se forme d’elle-même très brutalement. Les ions peuvent être accélérés dans cette structure de potentiel. L’équipe australienne a proposé d’utiliser ce type de dispositif pour la propulsion spatiale, c’est le concept HDLT (Helicon Double Layer Thruster). L’avantage du propulseur réside dans sa simplicité : pas de grilles accélératrice (car le champ électrique accélérateur est auto-généré), ni de neutraliseur (la majorité des propulseurs électriques est basée sur l'accélération d'un faisceau d'ions positifs, et pour éviter de charger le propulseur, il est nécessaire d’expulser aussi des électrons, d’où l’utilisation de neutraliseurs) . Le phénomène semble robuste et toujours présent à haute puissance, ce qui en fait un propulseur éligible pour les missions d’exploration de planètes proches.
J'ai participé en 2004 à la caractérisation des doubles couches de fortes amplitudes dans un dispositif de grand volume lors de mon séjour de trois mois à Canberra; et en mars 2005, l'équipe du LPTP a répondu à un appel d’offre de l’Agence Spatiale Européenne ( au sein de l'Advanced Concept Team) pour reproduire les résultats de l’équipe de Canberra. Cette étude à fait l'objet d'un rapport disponible en ligne.
Publications
- O. Sutherland, C Charles, N. Plihon et R.W. Boswell.
Experimental Evidence of a Double Layer in a Large Volume Helicon Reactor.
Phys. Rev. Lett., 95, 205002 (2005) [4 pages] doi:10.1103/PhysRevLett.95.205002 - N. Plihon, P. Chabert. et C. S. Corr.
Experimental investigation of double layers in expanding plasmas.
Phys. Plasmas, 14, 013506 (2007) [16 pages]. - N. Plihon, P. Chabert et J.L. Raimbault.
Helicon Double Layer Thruster for High Power Near Earth Planets Missions.
2 - Propulseur électronégatif
Plasma hélicon haute densité. Ph Lavialle |
La collaboration avec l’équipe Advanced Concept Team de l’ESA a amené l'équipe du LPTP à envisager de nouveaux concepts de propulsion, en particulier en relation avec les études menées sur les plasmas électronégatifs. Un brevet vient d’être déposé par P. Chabert.; l'idée est de d'extraire et d'accélérer deux faisceaux d'ions positifs et d'ions négatifs dans une région d'un plasma sans électron (par exemple dans la colonne externe d'un plasma électronégatif très fortement magnétisé). Le recours à un neutraliseur n'est plus nécessaire et la poussée est augmentée pour le même nombre d'ions créés. Une étude approfondie est actuellement menée au LPTP par deux post-doctorants ( A. Aanesland et A. Meige) et un doctorant (G. Leray) dans le cadre d'un projet ANR.
Publications
- C. S. Corr, N. Plihon et P. Chabert.
Transition from unstable electrostatic confinement to stable magnetic confinement in a helicon reactor operating with Ar/SF6 gas mixtures.
J. Appl. Phys. , 99, 103302 (2006) [6 pages]
Deux articles de presse ont repris ce concept:
un article du Journal
du CNRS et un article dans Air & Cosmos