Si vous allez voler dans l'espace, vous avez besoin d'une sorte de système de propulsion. Une nouvelle technologie de poussée appelée Helicon Double Layer Thruster pourrait être encore plus efficace avec son carburant. Le Dr Christine Charles de l'Université nationale australienne de Canberra est l'inventeur.
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Fraser: Pouvez-vous me donner quelques informations sur la technologie de pointe que vous avez inventée?
Dr Christine Charles: D'accord, ce propulseur est appelé HDLT, qui signifie Helicon Double Layer Thruster, et c'est un nouveau type d'application de propulseur à plasma dans les voyages dans l'espace lointain. Et l'arrière-plan est notre expertise dans les technologies du plasma, le plasma spatial, le traitement au plasma pour le traitement des surfaces et une variété d'autres applications.
Fraser: Donc, le moteur préféré de l'ensemble d'exploration spatiale de nos jours est le moteur ionique, qui a démontré de très bonnes performances en tant que moteur économe en carburant. Quel est le rapport entre le moteur sur lequel vous travaillez et un moteur ionique? Pouvez-vous donner aux gens un peu de contexte?
Dr Charles: Oui, il y a des aspects communs et des aspects très différents. Donc, tout d'abord, le moteur ionique a été développé avec succès pour le passé - je ne sais pas - 50 ans environ. C'est assez bien développé maintenant. Mais le propulseur HD présente des avantages intéressants. Tout d'abord, il n'utilise aucune électrode. Donc, dans le moteur ionique, vous avez une série de grilles pour accélérer l'ion. Donc, notre propulseur n'a pas d'électrodes, nous avons un nouveau type de mécanisme d'accélération que nous appelons la double couche. C'est pourquoi nous l'appelons HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Il n'a pas d'électrodes, ce qui signifie qu'il a une longue durée de vie car vous n'avez pas d'érosion des électrodes. Et un deuxième aspect vraiment important est que si vous regardez des appareils comme les moteurs ioniques, ils émettent des ions. Donc, vous devez avoir une source d'électrons externe pour neutraliser ces ions, et cela se fait généralement en ayant un deuxième appareil sur le côté du propulseur qui s'appelle un appareil à cathode creuse. En fait, vous avez deux appareils sur un moteur ionique. Et souvent parce qu'ils craignent que ces dispositifs à cathode creuse ne tombent en panne, ils en mettent deux pour augmenter leur durée de vie. Mais dans le HDLT, nous émettons en fait un plasma, qui en lui-même contient un faisceau ionique supersonique. Nous avons donc le faisceau d'ions supersonique, qui est la principale source de poussée à sa sortie du propulseur, mais nous avons également le plasma qui émet juste assez d'électrons pour neutraliser le faisceau. Nous n'avons donc pas besoin de cet appareil externe qui est le neutralisant. C'est très bien car il peut offrir sécurité et simplicité - il n'y a pas de pièces mobiles - il rend donc le HDLT assez attrayant pour les voyages dans l'espace très profond; longue durée de vie. Et un autre avantage est que parce que nous utilisons un deuxième concept appelé plasma d'hélicon, c'est un moyen très efficace de transférer l'électricité dans les particules chargées dans le plasma. Cela signifie que nous pouvons obtenir des plasmas vraiment denses avec beaucoup d'ions et augmenter notre puissance. Donc, nous pouvons probablement aller jusqu'à 100 kilowatts. Cela n'a pas encore été fait ici dans un prototype, car notre premier prototype n'était que de 1 kilowatt. Mais d'autres expériences ont suggéré qu'avec notre type de plasma, nous pouvons vraiment augmenter la puissance, et pour ce faire avec un moteur ionique, l'essentiel est que lorsque vous dépassez quelques kilowatts, vous devez avoir un groupe de propulseurs.
Je dirais donc que le HDLT en est vraiment à ses débuts, mais les principaux avantages sont une durée de vie, une simplicité, une évolutivité et une sécurité accrues. Et il est également assez économe en carburant, ce qui est très bien.
Fraser: En termes de performances, les moteurs ioniques peuvent émettre la poussée du poids d'un morceau de papier, mais ils peuvent le faire pendant des années et des années et développer une poussée. Vous dites que vous pourriez mettre plus de poussée?
Dr Charles: Pour le moment, les moteurs ioniques sont certainement les meilleurs en termes de poussée, pour le kilowatt, pour le moment. Et le prototype HDLT, qui est juste un concept et de moins de 1 kilowatt, il ne correspond pas à la poussée. Si vous prenez l'exemple d'un moteur ionique, il a généralement 100 milli newtons pour un kilowatt. Nous parlons probablement 3 à 5 fois moins pour le moment, mais il faut voir que nous n'avons pas eu 20 ans de développement. Nous en sommes aux premiers jours et nous pouvons certainement améliorer la technologie.
Fraser: Et puis, si je comprends bien maintenant, l'Agence spatiale européenne a repris la technologie et fait des tests en interne. Et comment ça s'est passé pour eux?
Dr Charles: D'accord, ils avaient quelques projets. La première chose est que nous avons reçu une subvention en Australie d'un organisme de financement, et c'était en 2004-2005. Et nous avons conçu et fabriqué le premier prototype HDLT, que nous avons apporté à l'ESA en avril dernier, et que nous avons testé pendant un mois. Nous avions un financement limité, nous n'avons donc pas pu le tester pendant plus d'un mois. Et cela a montré que tous les aspects du propulseur fonctionnaient parfaitement. Mais nous avons testé toutes les puissances que nous pouvions, et nous avions différentes pressions de gaz, etc. Nous n'avions pas les diagnostics dont nous avions besoin pour mesurer la poussée, donc nous ne savions pas quelle était la poussée réelle. La poussée que nous avons est ce que nous pouvons mesurer à partir du faisceau d'ions en Australie - cela doit encore être fait. Et c'est basé sur ce tout nouveau concept de double couche, dont nous avons dû convaincre les gens. Et l'ESA pensait que c'était vraiment intéressant, alors ils avaient décidé d'avoir une étude indépendante pour valider l'effet double couche. C’est le concept de base du propulseur; le mécanisme d'accélération. Alors maintenant, nous devons vraiment voir de quoi il s'agit.
Qu'est-ce qu'une double couche? Vous pouvez simplement imaginer, c'est comme une rivière et tout à coup le lit de la rivière tombe de sorte qu'une cascade se crée. Ensuite, vous avez ces ions qui tombent dans cette cascade, accélèrent et se connectent ensuite à la fusée avec une grande vitesse d'échappement. La double couche est donc une baisse potentielle du plasma. Ce qui est très intéressant, c'est que dans le HDLT, nous n'avons pas d'électrodes; le plasma décide simplement de le faire, en utilisant un certain champ magnétique, qui est une bouteille ou une buse magnétique. Et c'est tout. C'est comme avoir la cascade sans pomper l'eau. C'est donc le concept de base.
L'ESA a donc eu cette étude indépendante pour valider le concept de double couche. Avez-vous vu le dernier communiqué de presse?
Fraser: Oui, je l'ai.
Dr Charles: Il y a donc eu cette dernière étude de l'Australie. Nous avons le premier prototype et nous avons démontré certains aspects; cependant, la poussée n'a pas encore été mesurée dans une chambre de simulation spatiale. Et l'ESA a également validé le concept derrière le propulseur, qui est ce concept à double couche. Voilà où nous en sommes en ce moment.
Fraser: Alors, quel genre de missions pensez-vous que le propulseur HDLT serait mieux?
Dr Charles: Ce doit être pour des missions à très long terme où vous êtes obligé d'aller lentement, mais pendant longtemps. Et il a aussi ce bel aspect de sécurité. Il peut être utilisé pour les vols spatiaux habités. Donc c'est vraiment pour des missions dans l'espace lointain, ou pour aller sur Mars… des choses comme ça.
Fraser: Je vois. Je suppose que l'un de ses principaux avantages ici est qu'il a moins de pièces mobiles - des pièces qui pourraient se décomposer.
Dr Charles: Et il peut être augmenté en puissance, ce qui est également important. La NASA a fait une simulation du type de puissance dont vous auriez besoin pour envoyer des humains sur Mars, et elle est de l'ordre du mégawatt. Vous devrez donc avoir le pouvoir. Vous devrez également être en mesure de faire évoluer vos propulseurs. Ils doivent pouvoir fonctionner sous une grande puissance pour faire le travail. Ce que la NASA a fait, c'est montrer que si vous pouviez avoir un propulseur à plasma approprié, ou une fusée à plasma, vous pourriez réduire le temps d'aller sur Mars parce que si vous utilisez la technologie plasma, vous pouvez utiliser des trajectoires géodésiques. Si vous utilisez la propulsion chimique, vous aurez plutôt une trajectoire balistique. Ainsi, vous pouvez réduire le voyage dans le temps vers Mars par exemple.
Fraser: Quelles sont donc les prochaines étapes de votre recherche?
Dr Charles: Eh bien, nous faisons diverses choses en parallèle. Nous travaillons toujours très fortement sur la double couche elle-même parce que c'est un très bon type de physique qui a toutes sortes d'autres applications à l'aurore, ou l'accélération du vent solaire, etc. Nous avons également une nouvelle chambre de simulation spatiale ici au Université nationale australienne. Et nous avons monté le prototype, qui est de retour de l'ESA, dans cette chambre de simulation spatiale. Et nous allons commencer à essayer de mesurer l’équilibre de poussée et d’autres moyens, probablement à partir de janvier 2006. Et il pourrait y avoir d’autres nouvelles, je ne sais pas. Nous verrons comment ça se passe. Nous mettrons certainement beaucoup d'efforts sur ce sujet. C'est très fascinant car beaucoup de gens sont intéressés par le résultat.
Informations sur le propulseur HDLT de l'ANU
