L’entraînement direct améliore les performances de la propulsion solaire électrique d’un engin spatial
La propulsion électrique (PE) est essentielle pour l’avenir des engins spatiaux, car elle permet d’économiser une grande partie de la masse de propergol. Divers propulseurs électriques qui utilisent des agents propulseurs, tels que le xénon et l’énergie solaire des panneaux embarqués pour produire de l’électricité, sont disponibles sur le marché. La technologie actuelle impose toutefois d’encombrants convertisseurs de puissance pour fournir de l’électricité à une puissance donnée. Le projet EDDA, financé par l’UE, a voulu vérifier si une architecture d’entraînement direct pouvait éviter la nécessité de passer par un convertisseur de puissance pour plusieurs propulseurs déjà sur le marché, en étant directement alimentée par un réseau solaire embarqué à haute tension, allant jusqu’à 400 V.
Les performances des propulseurs dans le cadre de missions spatiales simulées
La technologie actuelle exige un convertisseur de puissance pour augmenter la tension de la PE à 250 V et plus afin d’alimenter les propulseurs des engins spatiaux. EDDA a analysé plusieurs architectures d’entraînement direct et a testé une nouvelle unité de puissance électronique développée par son partenaire Thales Alenia Space en Belgique. L’unité de puissance est conçue pour fonctionner avec certains propulseurs existants et à venir, tels que le propulseur à effet Hall (HET), conçu par plusieurs entreprises spatiales, dont le partenaire du projet Sitael, et le propulseur à plasma multicellulaire à haut rendement (HEMPT) construit par Thales-D. Le coordinateur du projet, Gilles Bouhours, explique: «EDDA intègre l’énergie électrique et la propulsion. Ces sous-systèmes sont pour l’instant bien séparés. Pour EDDA, la gestion de la puissance contrôle simultanément plusieurs propulseurs afin d’optimiser les performances de puissance et de propulsion». Différents propulseurs ont été testés à plusieurs reprises à l’aide de simulateurs de panneaux solaires, afin d’évaluer les performances de la PE à entraînement direct dans la cadre de simulations de missions relatives au lancement, au changement d’orbite et aux opérations à l’intérieur de la station. Les résultats des tests se sont révélés très encourageants, près de 100 % de la puissance ayant été extraite des panneaux avec des pertes thermiques négligeables. Des simulations avancées ont été réalisées par l’université Carlos III de Madrid (UC3M), où les oscillations du propulseur ont été analysées en détail. In Extenso Innovation Croissance a coordonné la gestion du projet.
Applications de l’architecture à entraînement direct
Les lancements d’engins spatiaux sont très coûteux, et le fait de retirer les convertisseurs de puissance de la charge utile permet non seulement de réduire les coûts, mais également d’augmenter les capacités et les possibilités des engins spatiaux par un apport supplémentaire de carburant ou d’équipements. L’architecture de l’entraînement direct trouve trois applications principales sur le marché. Les satellites de télécommunications en orbite géostationnaire, qui orbitent à environ 36 000 km au-dessus de la Terre, tireront un large profit des réductions significatives de coût et de masse réalisées par un relèvement d’orbite électrique plus rapide, rendu possible par des technologies de PE matures. Les services en orbite constituent un marché émergent. Ceux-ci permettent aux engins spatiaux de se rendre auprès de satellites et de répondre à divers besoins, tels que la prolongation de la durée de vie, le déplacement d’engins spatiaux, la maintenance avec des unités de remplacement orbital et l’élimination des débris. La PE à entraînement direct permet d’explorer l’espace lointain. Les missions vers la Lune, Mars et les astéroïdes requièrent le transport de charges utiles énormes. Cela exige une grande quantité d’énergie pour assurer la propulsion électrique des cargos, et les solutions d’entraînement direct permettent de répondre à ce besoin. Gilles Bouhours confie: «L’objectif ultime d’EDDA est de fournir un puissant système de propulsion électrique solaire pour transporter n’importe quelle cargaison d’une orbite terrestre à une autre, ou à une autre planète». Les partenaires du projet sont issus de cinq entreprises et d’une université de Belgique, d’Allemagne, d’Espagne, de France et d’Italie. En se coordonnant avec les fabricants des propulseurs les plus utilisés dans l’espace, EDDA a positionné la technologie de l’entraînement direct pour une adoption rapide.
Mots‑clés
EDDA, entraînement direct, engins spatiaux, technologie révolutionnaire, propulseur à plasma multicellulaire à haut rendement, propulsion électrique, propulseur à effet Hall