Espace La propulsion électrique (PE) est définie comme « tout système qui accélère un propulseur par la conversion de l’énergie électrique potentielle en énergie cinétique ». Elle est utilisée pour ajuster les trajectoires des satellites et propulser les engins spatiaux dans le système solaire. D’une manière générale, cette conversion d’énergie peut être électrostatique, électrothermique ou électromagnétique. Il peut également s’agir d’une combinaison (par exemple, électrothermique couplée à électromagnétique). La propulsion électrique (PE) a un rendement énergétique élevé. Par conséquent, moins de carburant et de stockage de propergol sont nécessaires, ce qui rend la propulsion électrique plus adaptée aux petits satellites. Dans cet article, nous détaillons les systèmes de propulsion électrostatique.
Propulsion électrique à émission de champ (FEEP)
La propulsion électrique par émission de champ (FEEP) est une méthode de propulsion électrostatique utilisée dans les satellites qui s’appuient sur la poussée par ionisation. Les propulseurs FEEP sont basés sur l’ionisation de métaux liquides et l’accélération des ions par un champ électrique puissant. Les satellites qui utilisent le FEEP bénéficient des diverses caractéristiques techniques uniques de cette nouvelle technologie de propulsion électrique. Par exemple, sa taille compacte et ses capacités de stockage de propergol en font une technologie adaptée aux petits satellites. Ces dernières années, le nombre de petits satellites dans l’espace a considérablement augmenté, ce qui fait de la méthode de propulsion FEEP une opportunité intéressante pour les futures missions dans l’espace.
Le principe de base du FEEP est lié à l’effet de champ, qui consiste à utiliser un champ électrique puissant pour générer des ions chargés. La différence entre l’électrode et la surface du métal liquide est équilibrée par la tension du fluide, qui se déforme en une série de cônes. L’intensité du champ électrique intense déclenche la formation du flux de propergol. Ce flux est expulsé à grande vitesse par l’émetteur et l’accélérateur. Le neutralisateur fournit des ions chargés négativement pour réduire la charge du flux de propergol et protéger l’assemblage.
La neutralisation des flux de propergol dans les dispositifs FEEP peut être réalisée par des cathodes thermioniques. Ces cathodes thermioniques sont essentielles pour obtenir la poussée souhaitée, car les électrons sont émis avec une énergie thermique élevée pour surmonter la barrière potentielle du matériau émetteur et le vide de l’espace. Sans les capacités de chauffage de la cathode thermionique, le matériau émetteur ne peut pas atteindre la température requise pour faciliter le processus de génération de la poussée FEEP. En outre, une cathode est nécessaire pour neutraliser le champ de plasma chargé qui, autrement, serait attiré par la coque du véhicule spatial et réduirait ou éliminerait toute poussée produite.
Propulseur ION à grille
Le propulseur ionique à grille est une conception courante pour les satellites qui utilisent la technologie des propulseurs ioniques. Ces propulseurs sont considérés comme des systèmes de propulsion électrique à faible poussée très efficaces. Le concept de base d’un propulseur ionique à grille est l’accélération des ions par des forces électrostatiques. Les champs électriques sont générés par deux électrodes situées à l’extrémité du propulseur. L’une des électrodes est chargée d’électrons hautement positifs, tandis que l’autre est chargée d’électrons hautement négatifs. Les ions sont générés dans la région opposée de l’électrode, ce qui a pour effet d’attirer les ions hors de la chambre de décharge. En conséquence, un grand nombre de jets d’ions forme le faisceau d’ions du propulseur et contribue à la propulsion des satellites dans l’espace.
Les électrons sont générés par une cathode creuse située en amont du propulseur. Le combustible propulsif est bombardé par ces électrons, générant un flux de plasma, qui est l’ingrédient clé de la propulsion électrique des propulseurs ioniques. Une autre cathode est nécessaire pour neutraliser le faisceau d’ions généré par l’impact des électrons sur le combustible. Cette cathode de neutralisation est souvent située en aval du propulseur, là où le faisceau d’ions est éjecté. Comme le propulseur éjecte principalement des ions positifs, une quantité égale d’ions négatifs est nécessaire pour neutraliser le faisceau d’ions afin d’éviter d’endommager le propulseur.
La fonction des cathodes thermioniques dans les propulseurs ioniques à grille est donc essentielle pour une navigation réussie dans l’espace : D’une part, la cathode en amont génère les électrons nécessaires à la réalisation du plasma pour la poussée ; d’autre part, la cathode en aval neutralise le faisceau d’ions et veille à ce qu’aucun dommage externe ne soit causé par les ions positifs éjectés. Kamet peut fournir des réchauffeurs de cathode qui répondent aux exigences techniques de vos propulseurs ioniques à grille et de leur propulsion électrique dans l’espace.
Propulseur à effet Hall (HET)
La technologie du propulseur à effet Hall est basée sur le principe de l’effet Hall et est utilisée dans les missions spatiales depuis plus de 30 ans. Un propulseur à effet Hall (HET) est un dispositif de propulsion électrique qui utilise des champs électriques et magnétiques pour créer un plasma et expulser des ions à grande vitesse afin de générer une poussée. Le propulseur accélère le propergol par l’intermédiaire d’un champ électrique. La source de poussée des propulseurs HET contient le plus souvent du gaz inerte xénon ou krypton, nécessaire à la création d’un plasma ionisé pour générer la poussée. Par rapport aux autres propulseurs électrostatiques, le propulseur à effet Hall présente des avantages significatifs tels qu’une poussée plus élevée, une durée de vie plus longue et une consommation d’énergie inférieure à celle des autres propulseurs ioniques.
Un propulseur à effet Hall se compose d’une anode située à l’extrémité amont d’un canal de décharge aux parois en céramique et d’un injecteur de gaz inerte xénon ou krypton. Une cathode externe fournit des électrons pour neutraliser le faisceau d’ions. Le circuit magnétique d’un propulseur à effet Hall est composé d’aimants ou de bobines, situés sur les bords intérieurs et extérieurs du canal. Il génère un champ d’intensité croissante le long du canal. Les électrons émis par la cathode sont piégés par les lignes de champ magnétique, ce qui réduit la mobilité axiale et génère un champ électrique puissant dirigé vers l’extérieur. Les neutres provenant de l’injecteur sont ionisés par impact électronique et accélérés par le champ électrique qui crée une poussée.
Afin de fournir les électrons nécessaires à l’ionisation, un chauffage de cathode est utilisé pour l’allumage, la décharge et la neutralisation des faisceaux d’ions. Le réchauffeur est utilisé dans une cathode creuse et ses performances de chauffage sont donc d’une importance capitale pour la propulsion du propulseur à effet Hall dans l’espace.
Chauffages à isolation minérale pour systèmes de propulsion électrostatique
Les radiateurs à isolation minérale de Kamet conviennent aux applications aérospatiales. Ils offrent une puissance élevée, un rendement constant et des températures allant jusqu’à 1000 degrés Celsius et même jusqu’à 1600 degrés Celsius. Nos réchauffeurs offrent d’excellentes propriétés grâce aux métaux réfractaires utilisés pour cette application, tels que le tantale. Nous pouvons fournir des réchauffeurs de cathode avec de très petits diamètres à partir de 0,5 mm, et un rayon de courbure minimal de trois fois le diamètre extérieur. La connexion entre l’extrémité froide et l’extrémité chaude est soudée au laser, de sorte que le diamètre reste le même sur toute la longueur de l’élément chauffant.
Nous travaillons en étroite collaboration avec des entreprises de pointe dans le domaine des solutions de chauffage à isolation minérale. Nos chauffages cathodiques sont conçus sur mesure pour répondre aux exigences spécifiques des clients et nos partenaires ont la capacité, les connaissances et l’expérience nécessaires pour faire passer votre chauffage cathodique de la planche à dessin à la production. En outre, nos partenaires peuvent effectuer des tests approfondis en interne une fois le chauffage cathodique terminé afin de vérifier si les spécifications techniques sont conformes à vos exigences. Cela garantit l’adéquation du chauffage cathodique à votre propulseur électrostatique, ainsi qu’une qualité et une fiabilité optimales pour sa mission dans l’espace. Nous sommes impatients de réfléchir avec vous à tous les défis thermiques que vous pourriez avoir à relever.
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