La nouvelle technologie de propulsion de la NASA pour l’exploration spatiale
La NASA a développé une technologie de propulsion avancée pour faciliter les futures missions d’exploration planétaire à l’aide de petites sondes spatiales. Non seulement cette technologie permettra de nouveaux types de missions scientifiques planétaires, mais l’un des partenaires commerciaux de la NASA se prépare déjà à l’utiliser dans un autre but : prolonger la durée de vie opérationnelle des satellites déjà en orbite. Identifier l’opportunité pour l’industrie d’utiliser cette nouvelle technologie fait non seulement progresser l’objectif de la NASA de commercialiser la technologie, mais pourrait potentiellement créer une voie permettant à la NASA d’acquérir cette technologie importante auprès de l’industrie pour l’utiliser dans de futures missions planétaires.
La nouvelle technologie
Les missions scientifiques planétaires utilisant de petites sondes spatiales devront effectuer des manœuvres de propulsion difficiles, telles que l’obtention d’une vitesse de fuite planétaire, la capture d’orbite et bien plus encore, qui nécessitent une capacité de variation de vitesse (delta-v) bien supérieure aux besoins commerciaux typiques et à l’état actuel de L’art. Par conséquent, la technologie permettant ces petites missions de sondes spatiales est un système de propulsion électrique capable d’effectuer ces manœuvres à delta-v élevé. Le système de propulsion « doit » fonctionner à faible puissance (sous-kilowatts) et avoir un débit de propulseur élevé (c’est-à-dire la capacité « d’utiliser une masse totale élevée de propulseur au cours de sa durée de vie) pour permettre l’impulsion nécessaire pour effectuer ces manœuvres.
Après de nombreuses années de recherche et développement, des chercheurs du centre de recherche Glenn (GRC) de la NASA ont créé un système de propulsion électrique pour les petites sondes spatiales afin de répondre à ces besoins : le propulseur à effet Hall sub-kilowatt NASA-H71M. De plus, la commercialisation réussie de ce nouveau propulseur fournira bientôt au moins une solution pour permettre la prochaine génération de petites missions scientifiques de sondes spatiales nécessitant jusqu’à un incroyable delta-v de 8 km/s. Cette prouesse technique a été réalisée grâce à la miniaturisation de nombreuses technologies avancées de propulsion électrique solaire de haute puissance développées au cours de la dernière décennie pour des applications telles que l’élément de puissance et de propulsion de Gateway, la première station spatiale habitée autour de la Lune.
Avantages de cette technologie pour l’exploration planétaire
Les petites sondes spatiales utilisant la technologie de propulsion électrique NASA-H71M seront capables de manœuvrer de manière autonome depuis une orbite terrestre basse (LEO) vers la Lune ou même depuis une orbite de transfert géosynchrone (GTO) vers Mars. Cette capacité est particulièrement remarquable parce que les opportunités de lancement commercialvers LEO et GTO sont devenues monnaie courante, et la capacité de lancement excédentaire de telles missions est souvent vendue à faible coûtpour déployer des sondes spatiales secondaires. La capacité de mener des missions à partir de ces orbites terrestres proches peut augmenter considérablement le débit et réduire les coûts des missions scientifiques lunaires et martiennes.
Cette capacité de propulsion augmentera également la portée des sondes spatiales secondaires, qui ont toujours été limitées à des objectifs scientifiques alignés sur la trajectoire de lancement de la mission principale. Cette nouvelle technologie permettra aux missions secondaires de s’écarter considérablement de la trajectoire de la mission principale, facilitant ainsi l’exploration d’un plus large éventail de cibles scientifiques.
De plus, ces missions scientifiques secondaires de sondes spatiales ne disposeraient généralement que d’une courte période de temps pour collecter des données lors d’un survol à grande vitesse d’un corps distant. Cette capacité de propulsion accrue permettra la décélération et l’insertion en orbite sur les planétoïdes pour des études scientifiques à long terme.
De plus, les petites sondes spatiales dotées d’une capacité de propulsion aussi importante seront mieux équipées pour gérer les changements tardifs de la trajectoire de lancement de la mission principale. De tels changements représentent souvent un risque élevé pour les missions scientifiques de petites sondes spatiales dotées de capacités de propulsion embarquées limitées et qui dépendent de la trajectoire de lancement initiale pour atteindre leur objectif scientifique.
Applications commerciales
Les méga-constellations de petites sondes spatiales se formant sur des orbites terrestres basses ont fait des propulseurs à effet Hall de faible puissance le système de propulsion électrique le plus répandu dans l’espace aujourd’hui. Ces systèmes utilisent le propulseur de manière très efficace, permettant l’insertion sur orbite, la désorbite et de nombreuses années d’évitement de collision et de repositionnement. Cependant, la conception soucieuse des coûts de ces systèmes de propulsion électrique commerciaux a inévitablement limité leur capacité d’endurance à généralement moins de. quelques milliers d’heures de fonctionnement et ces systèmes peuvent transformer seulement environ 10 % ou moins de la masse initiale d’une petite sonde spatiale en propulseur.
En revanche, les missions scientifiques planétaires bénéficiant de la technologie du système de propulsion électrique NASA-H71M pourraient fonctionner pendant 15 000 heures et transformer plus de 30 % de la masse initiale de la petite sonde spatiale en propulseur. Cette capacité révolutionnaire dépasse largement les besoins de la plupart des missions commerciales LEO et s’accompagne d’un coût plus élevé qui rend improbable la commercialisation de telles applications. Par conséquent, la NASA a recherché et continue de rechercher des partenariats avec des entreprises développant des concepts innovants de missions commerciales de petites sondes spatiales avec des exigences de débit de propulseur inhabituellement élevées.
Collaborer avec l’industrie américaine pour trouver des applications pour les petites sondes spatiales avec des exigences de propulsion similaires à celles des futures missions scientifiques planétaires de la NASA aide non seulement l’industrie américaine à maintenir son leadership mondial dans les systèmes spatiaux commerciaux, mais crée de nouvelles opportunités commerciales pour la NASA d’acquérir ces technologies importantes en tant que missions planétaires. l’exiger.
La NASA continue de perfectionner les technologies de propulsion électrique du H71M afin d’élargir la gamme de données et de documentation disponibles pour l’industrie américaine afin de développer des dispositifs de propulsion électrique de faible puissance tout aussi avancés et très performants.
