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Livre blanc / La propulsion spatiale, nouvel enjeu d’innovation

Publié en mai 2018

Le domaine spatial est depuis quelques années au cœur d’enjeux énormes : tout d’abord en ce qui concerne la mise en orbite des satellites, qui fait l’objet d’une concurrence nouvelle et effrénée. La propulsion est également la pierre angulaire de tous les projets de conquêtes spatiales, à commencer par les ambitions martiennes. La rédaction vous propose de découvrir les différentes technologies de propulsion développées par les industriels pour relever ces défis.

En matière de propulsion spatiale, il y a ce qui marche et ce qui pourrait marcher. Dans la deuxième catégorie, toutes les idées, tous les concepts, tous les projets sont les bienvenus. L’imagination des ingénieurs, milliardaires amateurs ou physiciens rêveurs est sans limite.

Les lasers focalisent toujours beaucoup d’attention et sont à l’origine de plusieurs concepts de propulsion spatiale. Cependant, leur utilisation concrète est encore assez limitée. Les premières théories et essais de propulsion laser ont vu le jour dans les années 1970. Mais pendant plus de 25 ans, la technologie laser n’était pas encore assez mûre pour que les concepts inventés puissent être réellement testés.

Au départ, la propulsion par ablation laser s’appuyait sur une source laser émise depuis la Terre ou un satellite, qui, concentrée par un miroir fixé sur le véhicule spatial, était envoyée soit dans une chambre de combustion contenant un ergol (l’air), soit sur un matériau. Dans les deux cas, il y a apparition d’un plasma qui est ensuite éjecté par une tuyère pour créer la poussée. Très vite, on comprend qu’il est préférable d’embarquer directement le laser dans le véhicule. Selon les périodes, l’activité de recherche dans ce domaine est plus ou moins abondante. Depuis, l’apparition des laser pulsés micro et maintenant femtosecondes, les recherches ont repris et portent notamment sur un couplage d’une impulsion laser et des méthodes utilisées en propulsion électrique pour optimiser les plasmas et la poussée. Des systèmes de micro-propulsion ont vu le jour et peuvent permettent par exemple de contrôler l’altitude ou l’orientation d’un satellite.

Le laser a aussi été à la base de concepts plus ou moins réussis. Parmi eux, le Lightcraft. Un véhicule spatial ou aérien propulsé par un faisceau laser via la création d’un plasma et de détonations à l’extérieur du véhicule. La source d’énergie de propulsion est externe. Conceptualisé en 1976, quelques prototypes seront construits dans les années 1980 au sein de laboratoires de défenses américains mais il faudra attendre les années 1990 pour voir un véritable projet prendre forme. Le record atteint par un tel engin restera en octobre 2000, 71m et 10,5 secondes de vol via un laser au CO2 de 10kW basé au sol. L’engin emportait alors un carburant d’ablation sous forme de plastique et le corps du véhicule tournait autour de son axe (10000 tr/mn) pour se stabiliser par effet gyroscopique. Le concept a ensuite évolué et le laser remplacé par un maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation), dispositif permettant d’émettre un faisceau cohérent de micro-ondes. La propulsion est alors fournie aussi par des détonations mais en plus, des antennes redresseuses récupèrent une partie de l’énergie micro-ondes et la convertissent en électricité pour alimenter un propulseur MHD. Une partie du faisceau est aussi concentré en pointe sur l’avant du véhicule pour former une torche à plasma qui atténue l’onde de choc à l’avant quand le véhicule atteint des vitesses supersoniques. Mais avec le départ en retraite de son inventeur et développeur, Leik Myrabo, en 2011, Lightcraft Technologies Inc a disparu.

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