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1 • Électrons, ions et plasmas
Les systèmes classiques chimiques, voire nucléaires ou électriques, où l’enthalpie
est fournie à un gaz par des réactions nucléaires ou un chauffage électrique, développent de fortes poussées, mais, les performances, en terme de vitesse d’éjection,
sont limitées par la vitesse du son ; le tableau (1.11) présente les paramètres typiques
de poussées et de vitesses d’éjection de ces systèmes classiques.
Tableau 1.11
Systéme
Vitesse d’éjection
km/s
Poussée
N
Chimique solide
2 − 3
10 7
Chimique liquide
3 − 5
10 7
Nucléaire fission
5 − 9
10 6
Électrique thermique
1 − 10
10 1
Depuis plus de trente ans les physiciens des plasmas ont développé un certain nombre
de propulseurs basés sur l’accélération des plasmas ; plusieurs types de force peuvent
être utilisés :
• la force de Coulomb dans les propulseurs électrostatique et les SPT (Stationnary
Plasma Thruster),
• la force de Laplace dans les propulseurs magnétoplasmadynamique (MPD),
• la force diamagnétique d’une tuyère magnétique et le chauffage cyclotronique
ionique (ICRH, ion cyclotron résonance heating) dans le système VASIMIR
(Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) proposé par la NASA pour
une mission habitée vers Mars.
Tableau 1.12
Propulseur
Vitesse d’éjection
km/s
Poussée
mN
Rendement
%
Électrostatique
20 − 50
10 2
75
SPT
10 − 20
10 3
50
MPD
20 − 50
10 4
30
ICRH-VASIMIR
30 − 100
10 5
50
Le tableau (1.12) montre clairement que les performances de vitesse d’éjection sont
un à deux ordres de grandeur supérieures à celles des propulseurs chimiques classiques, le rendement des propulseurs plasma est presque deux fois supérieur à celui
de ces propulseurs chimiques, par contre, les développements actuels ont été limités
aux applications nécessitant de faibles poussées.
La figure 1.13 présente la structure d’un SPT tel que ceux embarqués actuellement
sur les satellites de télécommunications. Un système de deux cylindres coaxiaux, en
nitrure de bore, constitue la chambre où le plasma est produit et accéléré. Un flux de
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
1 • Électrons, ions et plasmas
Les systèmes classiques chimiques, voire nucléaires ou électriques, où l’enthalpie
est fournie à un gaz par des réactions nucléaires ou un chauffage électrique, développent de fortes poussées, mais, les performances, en terme de vitesse d’éjection,
sont limitées par la vitesse du son ; le tableau (1.11) présente les paramètres typiques
de poussées et de vitesses d’éjection de ces systèmes classiques.
Tableau 1.11
Systéme
Vitesse d’éjection
km/s
Poussée
N
Chimique solide
2 − 3
10 7
Chimique liquide
3 − 5
10 7
Nucléaire fission
5 − 9
10 6
Électrique thermique
1 − 10
10 1
Depuis plus de trente ans les physiciens des plasmas ont développé un certain nombre
de propulseurs basés sur l’accélération des plasmas ; plusieurs types de force peuvent
être utilisés :
• la force de Coulomb dans les propulseurs électrostatique et les SPT (Stationnary
Plasma Thruster),
• la force de Laplace dans les propulseurs magnétoplasmadynamique (MPD),
• la force diamagnétique d’une tuyère magnétique et le chauffage cyclotronique
ionique (ICRH, ion cyclotron résonance heating) dans le système VASIMIR
(Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) proposé par la NASA pour
une mission habitée vers Mars.
Tableau 1.12
Propulseur
Vitesse d’éjection
km/s
Poussée
mN
Rendement
%
Électrostatique
20 − 50
10 2
75
SPT
10 − 20
10 3
50
MPD
20 − 50
10 4
30
ICRH-VASIMIR
30 − 100
10 5
50
Le tableau (1.12) montre clairement que les performances de vitesse d’éjection sont
un à deux ordres de grandeur supérieures à celles des propulseurs chimiques classiques, le rendement des propulseurs plasma est presque deux fois supérieur à celui
de ces propulseurs chimiques, par contre, les développements actuels ont été limités
aux applications nécessitant de faibles poussées.
La figure 1.13 présente la structure d’un SPT tel que ceux embarqués actuellement
sur les satellites de télécommunications. Un système de deux cylindres coaxiaux, en
nitrure de bore, constitue la chambre où le plasma est produit et accéléré. Un flux de
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit