Avec le moteur ionique MicroThrust, les chercheurs de l’EPFL et leurs partenaires européens comptent inaugurer l’ère de l’exploration spatiale à bas prix. Avec quelques centaines de grammes le dispositif est conçu pour prendre place dans de petits satellites jusqu’à 100 kilos.
Le moteur permettra de changer d’orbite terrestre ou de rejoindre des destinations plus lointaines, fonctions d’ordinaire réservées à de grands et coûteux engins spatiaux. Un premier prototype vient de sortir des laboratoires de l’école de Lausanne. Le système est pressenti pour équiper Clean Space One – un nanosatellite nettoyeur de débris spatiaux également conçu à l’EPFL – ainsi que l’essaim de nanosatellites hollandais OLFAR, qui ira traquer les ondes d’ultra-basse fréquence derrière la Lune.
Le moteur est conçu pour être logé dans un satellite aussi compact que 10 centimètres de côté. Le prototype ne pèse qu’environ 200 grammes, carburant compris.
«Pour l’instant, les nano-satellites sont coincés dans leur orbite. Notre objectif, c’est de les en libérer», explique Herbert Shea, coordinateur du projet européen MicroThrust et directeur du Laboratoire de microsystèmes pour les technologies spatiales de l’EPFL. Les petits satellites ont le vent en poupe. Les coûts de fabrication et de lancement, notamment, sont moindres – à partir d’un demi-million de francs contre plusieurs centaines pour des satellites conventionnels. Mais il leur manque encore le système de propulsion qui les rendrait véritablement autonomes, pour des missions d’exploration ou d’observation.
Un liquide ionique
Au lieu d’un carburant combustible, le moteur fonctionne grâce à un liquide «ionique» un composé chimique appelé EMI-BF4, généralement utilisé comme solvant. Il est constitué de molécules chargées électriquement – des «ions» A l’aide d’un champ électrique, on attire puis on éjecte ces ions, afin de créer une poussée. C’est le principe du moteur ionique : on ne brûle pas le carburant, on l’expulse.
Le moteur conçu à l’EPFL éjecte le flux de ions par de minuscules buses – on en compte près de 1000 par centimètre carré. Le carburant est attiré par capillarité jusqu’à l’autre extrémité de la micro-buse, où les ions sont extraits par une tension d’environ 1000 volts, accélérés, puis propulsés à l’arrière du satellite. La polarité du champ électrique est inversée chaque seconde, afin que tous les ions – positifs et négatifs – soient éjectés.
Partenaire du projet, Systemat IC Design a conçu le système électrique du moteur. En effet, si l’éjection des ions nécessite une tension électrique élevée, l’énergie disponible à bord d’un nano-satellite de 10 centimètres de côtés est limitée à quelques petites cellules solaires – en pratique, on compte un maximum de 4 watts de puissance. L’entreprise hollandaise est parvenue à mettre au point un système à même de contrecarrer cette difficulté.
Après six mois d’accélération, le microsatellite passera de 24 000 km/h, soit la vitesse de lancement initiale, à près de 42 000 km/h. Le moteur ionique prend son temps. L’accélération n’est que d’environ un dixième de mm par seconde au carré, soit un 0 à 100 km/h en 77 heures!
