Des systèmes de propulsion rentables, écologiques et plus efficaces pour les petits satellites
La croissance exponentielle du marché des petits satellites semble inexorable. Entre 2012 et 2016, le poids moyen des satellites a diminué de près de 80 % et, depuis, le nombre de petits satellites mis en orbite a augmenté de 300 %. Pourtant, alors que ce segment est stimulé par la demande croissante et les nouvelles technologies, les systèmes actuels de propulsion des satellites prennent du retard. On pourrait résumer leurs inconvénients en deux mots: dangereux et coûteux. Et s’il existe des solutions, leurs performances s’avèrent généralement décevantes.
Le premier en son genre
Il y a toutefois une exception. «EPSS est un système de propulsion de satellite à haute performance, le premier en son genre. Il utilise un monopropergol chimique écologique non toxique (le dinitramide d’ammonium), coûte 10 fois moins cher que les alternatives et s’avère 30 % plus efficace que ses plus proches concurrents», déclare Vytenis Buzas, PDG de NanoAvionics. L’initiative EPSS 2 (Enabling Chemical Propulsion System for the Growing Small Satellite Market) a démarré en 2016 avec pour objectif de développer et de piloter des systèmes de propulsion à faible coût et à haute performance en utilisant un propergol respectueux de l’environnement pour les satellites de moins de 150 kg. «Il existait un besoin fort pour un tel système de propulsion», se souvient Vytenis Buzas. «Les systèmes de propulsion permettent aux satellites d’effectuer des tâches complexes, essentielles pour offrir des services de grande valeur. Il s’agit notamment du vol de précision en constellation, des manœuvres orbitales, de l’évitement des débris spatiaux, de la synchronisation et du positionnement des équipements de communication et des instruments de la charge utile, de la compensation de la traînée atmosphérique et de la prolongation ultérieure de la durée de vie, ainsi que de la désorbitation en fin de mission.» Fondamentalement, un système de propulsion permet aux petits satellites d’offrir des services satellitaires modernes: télédétection, astronomie radio et optique, exploration spatiale pour les missions scientifiques gouvernementales et privées, études atmosphériques et prévisions météorologiques, communications et radiodiffusion, navigation, sécurité, recherche et sauvetage, et Internet des objets (IdO). Grâce à EPSS, ces missions bénéficient non seulement d’un label vert et d’une réduction de coût, mais également d’une poussée importante et d’une longue durée de combustion.
Une architecture simple mais fiable
En quoi consiste exactement son principe de fonctionnement? «EPSS hérite d’une architecture relativement simple mais fiable – composée d’un réservoir de propergol, d’un bloc de contrôle du débit et d’un propulseur – et utilise un mélange de type monopropergol», explique Erikas Kneižys, CDO (directeur des données) chez NanoAvionics. «Le réservoir de propergol est doté d’un système de gestion thermique active et utilise une configuration de purge avec une membrane élastomère séparant le gaz de chasse et le propergol. Le bloc de contrôle de débit, quant à lui, est constitué d’une vanne de verrouillage, d’un capteur de pression, d’un système de filtration et de deux vannes d’isolation en série qui font office de vannes de contrôle de vol. Enfin, la chambre du propulseur comporte un catalyseur ainsi que des radiateurs. La mise à feu du propulseur est déclenchée lorsque le bloc de commande du moteur (ECU) actionne les électrovannes, ouvrant ainsi une voie d’écoulement pour le propergol. Lorsque le propergol s’écoule vers la chambre de décomposition et est injecté sur un lit de catalyseur préchauffé situé à l’intérieur de la chambre de décomposition du propulseur, la réaction de décomposition commence et l’énergie est libérée, générant rapidement de la poussée.» La réduction des coûts de fabrication découle de l’utilisation d’instruments et de composants optimisés en interne, mais aussi et surtout du système catalytique situé dans la chambre de décomposition du propulseur. La phase 2 du projet, soutenu par l’Instrument PME, s’est achevée en septembre 2019. Le système est déjà passé au TRL 9 grâce à une démonstration en orbite, et il a déjà commencé à être intégré et utilisé sur les satellites des clients commerciaux. Ces clients peuvent désormais bénéficier d’une durée de vie de mission prolongée, d’un contrôle orbital plus efficace et d’un temps de déploiement de constellation plus court.
Mots‑clés
EPSS 2, petit satellite, propulsion, propergol, dinitramide d’ammonium