Propulsion Plasma à Résonance Cyclotronique Electronique pour les Satellites fonctionnant à l'Iode – EPPSI

La propulsion électrique (PE) pour satellite, ou propulsion plasma, connaît actuellement un bouleversement dû à l’augmentation du coût du xénon, le principal gaz propulsif utilisé. Cette situation est créée par une diminution de la production, une augmentation du coût de production due à la crise énergétique, et une augmentation rapide de la demande en satellites utilisant la PE. Les industriels cherchent donc à remplacer le xenon par un autre gaz moins cher et plus abondant : le diode (I2). Cependant, il apparait dans les études actuelles que le I2 n’est pas compatible avec les neutraliseurs de faisceau de forte puissance, cathodes creuses d’émissions d’électrons, utilisés par les technologies de PE dominant le marché. Ce facteur est donc un frein important à la généralisation de son utilisation industrielle. Par ailleurs, les fabricants de satellites commencent à vendre des satellites produits en série et en grands nombres. Ces satellites sont principalement des modèles de tailles petites et moyennes (de 10 à 600 kg) pour lesquels les technologies de PE actuellement sur le marché ne répondent pas à tous les besoins exprimés par les fabricants de satellites. Ces derniers aimeraient réduire les coûts liés à la PE tout en ayant des produits plus fiables, plus efficaces et de durée de vie plus élevée.
Ce projet vise à trouver une solution à ces problématiques en étudiant la combinaison du propergol l2 et d’une technologie particulièrement innovante de propulseur : le propulseur à résonance cyclotronique électronique (ECRT). Cette technologie a déjà démontré des performances particulièrement intéressantes à différents niveaux de puissance, 30 watts et 200 watts, elle n’utilise pas de cathode, ce qui la rend particulièrement compacte, bon marché, fiable et compatible avec le I2.
Le I2 est un gaz moléculaire à la chimie complexe dont la connaissance reste naissante. En comparaison des études existantes sur les plasmas de I2 utilisant les technologies classiques de PE, l'ECRT présente des températures électroniques (Te) particulièrement élevées (de 20 à 60 eV) qui devrait permettre de mieux exploiter les propriétés du I2. Le projet permettra la création d’un banc d’essai pour caractériser les performances de l’ECRT au I2 et pour étudier finement la composition chimique du plasma produit par le propulseur. Cette chimie sera étudiée expérimentalement grâce à un grand nombre de diagnostics mis en œuvre durant le projet. Ces études seront comparées à des résultats de simulations numériques obtenus par un code PIC 1D. Ce code est existant et fonctionnel pour des gaz rares. Sa chimie sera adaptée aux plasmas de I2 durant le projet. Ces comparaisons permettront d’apporter des données sur la composition chimique d’un plasma de I2 dans des gammes de Te jamais testées auparavant et de contribuer à l’amélioration de modèles d’équilibre chimique de ces plasmas. Une étude spécifique sera menée sur la dynamique des différents ions du plasma au sein de la tuyère magnétique du propulseur. Cette étude apportera des jeux de données nouveaux décrivant pour la première fois le comportement d’une tuyère magnétique alimentée par un plasma aux propriétés électronégatives. L’étude contribuera ainsi à ce champ de recherche actif avec des données originales. Enfin, EPPSI mettra en place et caractérisera le fonctionnement du premier ECRT au I2 et permettra ainsi de fournir des éléments de réponses quant à la capacité de cette combinaison à modifier le paysage de la propulsion électrique de satellite de faible et forte puissance.