Des propulseurs ioniques au Téflon pour doubler la durée de vie des microsatellites

La PME innovante Mars Space, une spin-out de l’Université de Southampton, a développé avec son partenaire Clyde Space un propulseur plasma ultraléger destiné aux microsatellites CubeSat [1]. Il permettra à ces satellites de rester en orbite pendant plus d’un mois, au lieu de seulement quelques semaines. Les satellites CubeSat sont envoyés à des altitudes relativement basses, entre 150 et 300 km où ils sont soumis à un frottement important l’atmosphère ténue. En fonction de leur altitude et de leur taille, ces microsatellites sont généralement désorbités en quelques jours, un mois tout au plus.

Le système bientôt commercialisé par Mars Space et Clyde Space (au prix de 10.000 £) consiste en une petite carte électronique supportant des micro-tuyères qui pulsent un plasma, c’est-à-dire un gaz très chaud à haute vitesse formé d’ions arrachés au carburant, ici de petits blocs de Téflon. Ce jet de plasma permet de fournir une poussée au satellite qui compense la force de traînée liée aux frottements atmosphériques. Avec une puissance de 2 W, il est alors possible de doubler la durée de vie du microsatellite.

Pour ioniser le Téflon (Polytétrafluoroéthylène), accélérer les ions (fluore notamment) et les électrons arrachés puis les propulser sous forme de courtes éjections répétées environ toutes les secondes, Mars Space utilise des condensateurs qui sont très rapidement chargés à environ 1.000 V, puis déchargés dans une chambre au contact du carburant.

Ainsi que le précise le Dr Michele Coletti, directrice de Mars Space, "on obtient des jets très petits mais avec une très grande vélocité, ce qui signifie que la consommation de carburant est très faible. Or plus la consommation est faible, plus le système est léger". Car l’un des principaux défis relevé par les ingénieurs de Mars Space, qui a développé la chambre de décharge de la tuyère, et pour Clyde Space, qui s’est chargé de l’électronique, était de miniaturiser la technologie afin de créer un ensemble qui tienne sur une carte de 10 cm de côté et pèse moins de 160 g (dont 10 g de carburant). Un prototype devrait bientôt être testé afin de valider le concept, pour une commercialisation en fin d’année.

Pour développer cette technologie, les deux partenaires ont bénéficié du soutien du gouvernement à hauteur de 44.000 £. Ce financement fait partie d’un programme de 2,5 M£ destiné à l’industrie spatiale britannique. Au total, 22 entreprises devraient bénéficier de ce financement porté par le Technology Strategy Board, la UK Space Agency et la South- East England Development Agency, et développer 28 projets de court terme (6 à 9 mois). Au vu du coût de l’accès à l’espace, il est certain que ce propulseur miniature ne devrait pas connaître de problèmes pour trouver des clients parmi les universités et laboratoires de recherche envisageant d’envoyer dans l’espace des CubeSat.

Plus généralement, ce projet est emblématique de la stratégie spatiale britannique actuelle qui se concentre sur l’espace commercial et plus précisément les satellites, avec des entreprises comme Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), une filiale en forte croissance d’Astrium qui se spécialise dans le développement de petits satellites à bas coût ; ou encore le Catapult Centre dédié aux applications satellitaires. A l’automne dernier, un financement de 21 M£ a été annoncé pour soutenir le développement d’une plateforme radar compacte, NovaSar-S, qui est en cours d’étude chez SSTL pour un lancement d’un prototype du satellite, d’ici trois ou quatre ans, avant commercialisation.

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[1] CubeSat désigne un format de nano-satellite établi par l’Université polytechnique de Californie et l’Université de Stanford. Ces satellites ont la forme d’un cube d’un décimètre de côté, pèsent moins d’1,33 kg et utilisent des composants électroniques banalisés. Ce format a été défini pour permettre aux universités du monde entier de lancer dans l’espace des expériences scientifiques à un coût réduit. Plus d’une centaine de satellites de ce type ont été lancés ou sont en développement.


Sources :
- Plasma thrusters could double the lifetime of mini satellites, Stephen Harris, The Engineer, 22/02/2012, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/zYzJV
- Mars Space Ltd, http://www.mars space.co.uk/Pages/NanoSatPPT.aspx
- Clyde Space, fiche technique du propulseur ionique, http://www.clydespace.com/documents/2409


Auteur : Olivier Gloaguen

publié le 06/06/2012

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