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SES-14, exemple d'un satellite à propulsion ionique

Nous l'avions vu de très près à Toulouse dans les locaux d'Airbus Defence & Space, où il a été assemblé et testé. Depuis lors, il a été acheminé à Kourou en Guyane, où son lancement s'est déroulé le 25 janvier par une fusée Ariane 5.

Rappelons tout d'abord les caractéristiques principales de ce satellite performant : une masse de 4,2 tonnes et une puissance de 16kW, pour une durée de vie minimale de 15 ans. Mais il utilise aussi deux innovations ; la première est une propulsion électrique, basée sur des moteurs ioniques au Xénon pour sa mise en orbite définitive. La deuxième, beaucoup plus stratégique, consiste à embarquer un processeur numérique de signal (DSP ou Digital Signal Processor) qui autorise une grande flexibilité quant à la diffusion des signaux vers la Terre. Cela est rendu possible par de multiples « petits faisceaux », permettant de répartir la diffusion et la bande passante sur des objectifs ciblés selon les besoins de l'opérateur.

Le satellite SES-14

La propulsion ionique

Si l'on peut parler de propulsion électrique celle-ci n'a rien à voir avec celles des véhicules terrestres dont on parle tant ! Un moteur électrique n'est pas utilisable dans l'espace pour propulser un satellite, disons le tout de même ! Dans l'espace règne le vide : il faut donc utiliser un moteur de type « réaction », qu'il soit de type thermique ou de type « électrique » c'est-à-dire ionique. Pourquoi ceci ? Parce qu'un moteur à réaction, comme celui des avions, utilise la variation (la diminution) de masse du satellite. Cette variation de masse est liée à ce qui est éjecté du satellite : produits de combustions pour une propulsion thermique, gaz ionisé dans le cas d'une propulsion électrique. Cela correspond à une variation de quantité de mouvement (en physique, la quantité de mouvement est le produit de la masse par le vecteur vitesse) qui provoque la poussée ou force qui va faire avancer le satellite dans le sens contraire à ce qui est éjecté. Vous trouvez le même principe avec une arme à feu : la balle part d'un côté (ici ce sont les ions éjectés) et vous de l'autre (ici c'est le satellite) ! La différence avec un propulseur thermique est essentiellement dans la valeur de la poussée : elle est approximativement 500 fois plus petite ! On parle ici d'une poussée de 80 à 250 milli Newton au lieu de 400 Newtons pour un moteur thermique de propulsion satellite. Un souffle à comparer avec un moteur fusée ! Ces chiffres interpellent, mais avant de voir les avantages et les inconvénients, revenons sur le principe et le fonctionnement d'un tel moteur ionique.

Schéma propulsion ionique

Ce petit schéma (source Wikipedia) illustre parfaitement le principe et le fonctionnement. Le combustible est ici un gaz, du Xénon en l'occurrence, qui va subir une ionisation et donner un plasma grâce à une haute tension électrique qui génère le champ électrique adéquat. Mais comme nous n'avons dit, il faut éjecter les ions obtenus vers l'espace : c'est le rôle d'autres électrodes qui elles aussi générent un champ électrique afin de les accélérer (Loi de Coulomb) et les expulser. Ce schéma est tout à fait équivalent à un canon à électron présent dans les anciens tubes cathodiques des téléviseurs : sauf que les électrons n'étaient pas expulsés mais venaient frapper l'arrière de l'écran recouvert d'une couche luminescente pour obtenir de la lumière. Vous retiendrez donc qu'ici aucun produit chimique n'est nécessaire contrairement à la propulsion thermique ; il faut juste un gaz et des générateurs de tensions. La mase de Xénon embarquée sur SES 14 est de 7 tonnes. Des propulseurs chimiques sont néanmoins embarqués ; leur rôle est d'assurer une sécurité de propulsion et éventuellement une atteinte plus rapide de la position orbitale.

Deux moteurs ioniques sont utilisés sur SES 14. Ils sont disposés à l'extrémité de bras articulés ou robotiques. Le schéma vous indique deux positions de ces bras :

Utilisation des bras ioniques

A gauche (Orbit raising), les bras sont complètement déployés et direction des flux des moteurs sont parallèles assurant ainsi une propulsion rectiligne du satellite. Les deux flèches vertes symbolisent la vitesse et le sens de propulsion : c'est ici la longue phase pour atteindre la position orbitale finale.

A droite (Station keeping), le satellite a atteint sa position finale mais doit y être maintenu. L'un ou l'autre des moteurs peuvent être utilisés afin d'obtenir une propulsion dans la direction et le sens désiré. La flèche verte vous donne la direction et le sens recherché en utilisant le moteur du haut.

Utilisation des bras ioniques
Les deux moteurs facilement repérables par leur forme cylindrique.

Vous pouvez voir ici les deux bras repliés lors de l'assemblage du satellite et les deux moteurs à leurs extrémités.

Et enfin, voici la simulation de l'un des moteurs en fonctionnement en arrière de l'un des panneaux solaires déployés.

Moteur ionique en fonctionnement
Moteur ionique en fonctionnement

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