moteur ionique

Un moteur ionique accélère des atomes ou des molécules chargés à une vitesse extrême en utilisant un champ électrique, puis les expulse pour générer une poussée. La vitesse d'éjection est typiquement de 20 000 à 50 000 mètres par seconde, comparée à environ 3 000 à 4 500 m/s pour les moteurs de fusée chimiques. Cette énorme vitesse d'éjection signifie qu'un moteur ionique peut déplacer un engin spatial efficacement sur de longues périodes, même si la force absolue est minuscule, mesurée en millinewtons.

Le mécanisme de base est simple en principe. Un gaz propulseur, généralement du xénon ou de l'argon, entre dans une chambre d'ionisation où des électrons arrachent les électrons externes des atomes, créant des ions. Un champ électrique accélère ensuite ces particules chargées vers une grille et hors de la tuyère du moteur. Une cathode neutralisante émet des électrons qui se recombinent avec le faisceau d'ions à l'extérieur du moteur pour éviter l'accumulation de charge sur l'engin spatial. Les premières conceptions utilisaient des grilles à courant continu; les variantes modernes emploient l'ionisation par radiofréquence ou micro-ondes pour une meilleure efficacité et impulsion spécifique.

Pourquoi les moteurs ioniques sont importants dans l'espace, pas dans l'atmosphère

La poussée est si faible que les moteurs ioniques sont inutiles pour le vol atmosphérique ou pour le lancement. Un moteur ionique typique produit 0,05 à 0,1 newton de force. En revanche, un moteur d'avion à réaction produit des millions de newtons. Cependant, dans le vide spatial, où il n'y a pas d'atmosphère contre laquelle pousser et pas de carburant à brûler en continu, l'efficacité d'un moteur ionique brille. Un moteur peut fonctionner pendant des dizaines de milliers d'heures, en utilisant seulement quelques kilogrammes de propulseur pour modifier la vitesse d'un engin spatial de plusieurs kilomètres par seconde.

Les moteurs ioniques volent sur des sondes spatiales depuis les années 1990. Ils excellent dans l'élévation d'orbite, le maintien à poste et les trajectoires interplanétaires où des mois ou des années d'accélération à faible poussée sont acceptables. Les besoins en énergie sont substantiels, typiquement 1 à 7 kilowatts d'entrée électrique, c'est pourquoi les moteurs ioniques sont associés à de grands panneaux solaires ou à des générateurs radio-isotopiques lors de longues missions.

Le terme est parfois confondu avec les moteurs à plasma ou les propulseurs électriques de manière plus générale. Les moteurs à plasma fonctionnent à des densités plus élevées et avec des impulsions plus courtes. Les propulseurs électrostatiques comme les moteurs ioniques accélèrent les particules individuelles en utilisant uniquement des champs électriques, tandis que certaines variantes plus récentes appelées propulseurs à effet Hall utilisent un champ magnétique pour piéger les électrons et améliorer l'ionisation. Pour le personnel de l'aviation, les moteurs ioniques n'apparaissent que dans les systèmes d'engins spatiaux et les contextes de maintenance de satellites, et non dans la propulsion des aéronefs.