Propulseur à eau

BlackSky est une constellation de plusieurs dizaines de microsatellites destinés à l’observation de la Terre. BlackSky se caractérisera par une fréquence de passage élevée, supérieure à celle de Planet par exemple, et par une offre de services assez large. Les premiers microsats de cette constellation devraient être lancés dans 1 an par un lanceur Falcon 9 de Space X.

Les satellites de BlackSky seront propulsés par le système Comet de Deep Space Industries.

Comet est un résistojet, un propulseur de type électrothermique. Le principe de base d’un résistojet est relativement simple : un ergol sous forme gazeuse est porté à haute température en traversant des éléments chauffants puis détendu à travers une tuyère. La détente transforme l’énergie thermique du gaz en énergie cinétique. La vitesse finale, donc l’impulsion spécifique générée par le système, dépend de la température qui se situe en général entre 1000 °C et 2000 °C. La poussée produite est plutôt liée au débit d’ergol qui peut être assez grand.
Ce type de propulseurs vole depuis les années 1960. L’impulsion spécifique est assez basse, autour de 100-200 s, i.e. comparable aux moteurs chimiques, mais la poussée, comprise entre 10 mN et 1 N, est relativement grande pour un système électrique. Via une optimisation des échanges de chaleur, le rendement peut dépasser 50 %.

Les résistojets sont bien adaptés pour les microsatellites. Le système est compact, simple, facile à intégrer et fonctionne à basse tension, donc peu onéreux. De plus l’efficacité est élevée. Par contre la faible Isp oblige à emporter une quantité d’ergol importante pour réaliser le Delta-v envisagé.
En plus de Comet, il y a d’autres systèmes disponibles chez Busek, SSTL, Mars Space Ltd ou à la TU de Delft par exemple, dont certains ont déjà volé.

En ce qui concerne les ergols pour les résistojets, de très nombreuses études ont été conduites et plusieurs composants ont été testés, voire utilisés, tels que l’ammoniac (NH3), l’hydrazine (N2H4), H2, N2, O2, Xe…
Le propulseurs Comet emploie de l’eau. Plusieurs résistojets ont déjà été testés avec H2O et certains (e.g. SSTL) ont été embarqués sur des satellites et utilisés pour des manoeuvres. L’eau est attractive en propulsion spatiale car son prix est bas, elle n’est pas toxique, se manipule facilement, il n’y a pas de risque de contamination du véhicule et elle se stocke sans difficultés sous forme liquide. Néanmoins ses propriétés physiques (e.g. chaleur latente de vaporisation) conduisent à une dépense énergétique importante.

Le lecteur intéressé trouvera d’autres informations sur BlackSky et Comet dans un article récent de Rémy Decourt publié sur le site Futura Science.

Propulseur aérobie

L’Agence Spatiale Européenne a publié sur son site le 5 mars dernier un article intitulé : « World first firing of air breathing electric thruster« . Il s’agit d’une brève description d’essais d’un propulseur électrique pour satellites fonctionnant avec de l’air comme carburant, c’est à dire d’un propulseur aérobie.

L’objectif est d’utiliser le gaz ambiant comme carburant pour limiter, voire annuler, la masse de carburant embarquée. Les propulseurs de Hall et les moteurs ioniques à grilles couramment employés sur les satellites géostationnaires fonctionnent avec du xénon, un gaz rare onéreux. En remplaçant le xénon par de l’air, on réduirait fortement la masse totale du satellite, ce qui se traduirait par une baisse significative du coût. On comprend donc l’intérêt de tels travaux.
Le journaliste Rémy Decourt, du magazine en ligne Futura Sciences, a publié récemment un article sur les propulseurs aérobies, auquel j’ai participé : « Ce moteur ionique étonnant carbure à l’atmosphère ».

Un tel propulseur ne peut fonctionner correctement qu’à une altitude relativement faible, autour de 150 km, car la densité de l’air diminue lorsque l’altitude augmente. Mais même à cette altitude, l’ensemble propulsif doit être équipé d’un collecteur ayant un diamètre relativement grand, générant donc une force de traînée supplémentaire, et d’un système de compression du gaz avant son injection dans la chambre à décharge plasma du propulseur. Un propulseur aérobie est donc un propulseur plus complexe, plus lourd et plus encombrant qu’un propulseur classique opérant avec du xénon.
Néanmoins, l’option aérobie est sans doute intéressante pour certaines missions à basse altitude car la durée n’est alors plus limitée par la quantité de carburant embarquée. Je pense en particulier à des missions scientifiques telles que GOCE.

Il y a déjà eu de nombreuses recherches dans le passé sur des propulseurs aérobies basés sur des PH, MIG, PPT et arcjets. On a par exemple étudié dans mon équipe les performances d’un propulseur de Hall fonctionnant avec de l’azote (N2). Les travaux dans leur ensemble montrent que les performances en termes de poussée et rendement sont relativement faibles, bien inférieures à celles obtenues avec du xénon. Cette détérioration a deux origines principales : i) l’énergie d’ionisation de N2, O2 et O est élevée et ii) de part leur faible masse ces composés ont un temps de résidence dans le propulseur relativement court. Mais la baisse du rendement, point négatif, peut largement être compensée par le gain lié à l’emploi d’un carburant  » externe « . Pour les PH et MIG, il faut aussi résoudre le problème de la cathode et du neutraliseur qui fonctionnent actuellement avec un plasma de xénon et dont les matériaux sont sensibles à l’oxygène.

On peut bien sûr imaginer d’autres carburants pour d’autres missions. La société américaine BUSEK développe par exemple un concept similaire mais pour l’exploration de la planète Mars dont l’atmosphère est composée majoritairement de CO2.

Stephen Hawking

Un brillant physicien vient de nous quitter. Un grand Homme également.
Son intelligence hors-norme, son courage face à la maladie et aux épreuves, son humour tout britannique et ses réflexions philosophiques en ont fait un véritable symbole. Je dirai qu’il était incomparable, ce qui ne fait qu’accentuer le poids de sa disparition.

Sur un plan personnel, S. H. a, inconsciemment bien sûr, joué un rôle dans mon orientation et mon parcours, avec d’autres grands scientifiques tels que Erwin Schrödinger , Roger Penrose (ami de S. H.), Hubert Reeves, Ilya Prigogine, Louise De Broglie, Bertrand Russell…
J’ai découvert Stephen Hawking alors que j’étais un jeune adolescent en lisant Une brève histoire de temps, l’un des plus célèbres et des plus populaires ouvrages sur la physique. J’ai ensuite lu la plupart de ses livres (L’Univers dans une coquille de noix, Sur les épaules des géants, Y a-t-il un grand architecte dans l’univers ? ), certains de ses articles scientifiques et plusieurs textes liés aux nombreuses conférences qu’il a donné à travers le monde tout au long de sa vie.
Ce que j’ai toujours apprécié chez cet homme, en plus de ses travaux scientifiques en cosmologie et en mécanique quantique, c’est sa liberté de penser et ses profondes réflexions sur le Monde et nos sociétés.

Je le rejoins lorsqu’il dit en 2014 que le développement de l’Intelligence Artificielle n’est pas sans risques pour la race humaine. Nos capacités – limitées – ont été forgées par l’évolution sur une très longue période. Elles pourraient être dépassées, ce qui nous rendrait obsolètes, inutiles.

Je partage ses préoccupations face à notre capacité à survivre aux défis majeurs qui sont à nos portes, à savoir le réchauffement climatique, la pollution, la surpopulation. Sans une modification radicale de nos comportements, de notre vision, de nos valeurs, la probabilité est faibe que l’humanité s’en sorte. Alors lorsque j’analyse la situation actuelle aux USA, en Russie, en Chine, en Italie, en Europe de l’est… Je ne me sens pas rassuré quant à notre avenir.

L’Espace est-il la solution ? Le destin de l’Homme est-il cosmique ? Stephen Hawking soutenait le projet Breakthrough Initiatives dédié à la recherche de la vie extraterrestre. Même si je considère le volet Breakthrough Starshot, qui vise à envoyer un très grand nombre de micro-sondes spatiales (propulsées à priori par des voiles solaires) à destination d’Alpha du Centaure, ambitieux mais pertinent, je ne peux me résoudre à croire que les cieux sauveront l’humanité.
Il faudra des décennies, voire des siècles, et des ressources gigantesques pour qu’une infime partie de l’Humanité s’évade, car l’Homme tel qu’il est aujourd’hui n’a pas été conçu pour voyager et vivre dans l’espace mais pour s’épanouir sur la Terre.

NDDL

Je reviens sur la décision prise par le gouvernement d’E. M. au sujet de l’aéroport de Notre Dame des Landes dans la Loire Atlantique maintenant que la pression est retombée et que l’attention se concentre sur le site de Bure dans la Meuse où un centre d’enfouissement de déchets nucléaires est à l’étude.

Finalement, la construction d’un aéroport sur la commune de NDDL n’aura pas lieu. En contre partie, l’aéroport Nantes Atlantique sera modernisé et agrandi. C’est une sage décision et je tiens ici à féliciter le gouvernement pour avoir mis un terme à un projet et une polémique débutés il y a presque cinquante ans. Il fallait trancher et passer à autre chose.

Entrons-nous dans une nouvelle ère ? Je l’espère. Ce projet d’aéroport me semblait dépassé. Notre préoccupation majeure doit être aujourd’hui la préservation de notre monde et de facto la modification de notre mode de vie. Il faut penser aux générations à venir et à notre héritage. Il est grand temps d’arrêter d’être égoïste. Le choix d’E. M. va pour moi dans cette direction. On a préféré la terre aux avions. Réjouissons-nous. Ce n’est qu’une petite goutte d’eau, mais comme je le dis souvent « la somme de quantités infiniment petites peut-être infiniment grande ».
Je salue aussi la détermination des zadistes qui malgré les menaces n’ont jamais baissé les bras. J’ai entendu les critiques nombreuses contre un gouvernement qui auraient cédé face à une bande de jeunes extrémistes (sous-entendu de gauche) prêts à en découdre. Je n’y crois pas. La cause était juste et orientée dans le sens de l’histoire. Rien à voir entre parenthèses avec quelques bonnets rouges qui font plier F. H. pour des raisons politiques, renvoient aux citoyens une facture de plusieurs centaines de millions d’euros et mettent un terme à un projet utile qui aurait probablement modifié nos habitudes dans le bon sens.

Falcon Heavy

Décollage de la fusée Falcon Heavy de Space X depuis Cap Canaveral le 6 février 2018.

Je viens de regarder en direct (21h45 heure de Paris) le lancement de la fusée Falcon Heavy depuis Cape Canaveral sur le site de Space X. Avec ses 27 moteurs Merlin 1D qui lui donnent la capacité de placer 63,8 tonnes de charge utile en orbite basse, Falcon Heavy est aujourd’hui le lanceur le plus puissant en service. Mais il reste néanmoins loin derrière la gigantesque fusée Saturn V.

Waouh ! Extrêmement impressionnant. Une superbe réussite pour l’entreprise d’Elon Musk. Un fait majeur dans l’histoire de l’Homo-Spatialis. Le 6 février 2018 ne sera plus désormais un jour comme les autres. Et que dire de l’atterrissage synchronisé des deux boosters latéraux ! Un moment presque magique. Je vous invite à visionner cette séquence si vous ne l’avez pas vue.

Même si l’étage central n’est pas récupéré (pour l’instant Space X ne donne pas d’information sur l’atterrissage prévu sur la barge en mer), c’est un grand événement qu’il faut célébrer. Un pas de plus vers la conquête du système solaire.
Les images du Tesla Roadster voguant dans l’espace avec Monsieur Starman équipé de sa combinaison spatiale étaient elles aussi à couper le souffle.

Il y a du génie dans tout ça. Il est évident que Space X a encore plusieurs longuers d’avance, mais un tel événement suivit par des millions de personnes ne manquera pas de motiver les concurrents. L’histoire est loin d’être terminée. Tant mieux.

PS : J’ai eu la chance de visiter le complexe de lancement 39 (LC 39) de Cape Canaveral, d’où sont partis Saturn V et la navette spatiale, il y a deux ans et demi. Le pas de tir 39A était alors en cours de réaménagement pour accueillir le lanceur Falcon Heavy.

Une interview de S. Tesson

Il faut lire cette interview de Sylvain Tesson parue dans le journal Le Figaro lundi.
Sylvain Tesson, écrivain, explorateur, penseur et plus encore, y parle de nos sociétés contemporaines et de l’accélération tous azimuts ô combien dangereuse qui les caractérise. Tout va vite, très vite, de plus en plus vite, mais dans quel but ? Et avec quelles conséquences ? ST donne aussi son avis, très pertinent à mes yeux, sur l’homme augmenté, duquel on s’approche à grands pas ainsi que sur la croyance béate en la technologie et la science non réfléchie. Là aussi le risque est grand.
En quelques mots, je dirai que Sylvain Tesson nous interpelle au travers d’un texte superbe parsemé de références justement choisies sur un possible cauchemar à portée de mains.

Si vous n’avez pas accès au Figaro, l’article est disponible ici.

Singapour

Je viens de passer une semaine à Singapour où j’assistais à la deuxième édition de la conférence MicroPropulsion & CubeSats (MPCS 2018). Nos collègues de l’Université (Nanyang Technological University, NTU) avaient réuni environ 70 chercheurs, spécialistes en propulsion et technologies spatiales pour la plupart. Je dois avouer qu’il s’agit de l’un des meilleurs congrès auquel j’ai participé ces dernières années. Il y a plusieurs raisons à cela.

Tout d’abord, la taille, en termes de participants, étant très réduite, on peut aisément échanger et approfondir certains sujets. Deuxièmement, le thème de la conférence est riche et parfaitement en phase avec la situation actuelle. Le domaine des petits satellites est en expansion rapide et les idées et projets foisonnent. Le congrès MPCS offre la possibilité de se tenir informé précisément des avancées et découvertes dans le domaine des systèmes de propulsion miniatures. Troisièmement, la tenue du congrès à Singapour a permis aux chercheurs européens de rencontrer (souvent pour la première fois) leurs homologues chinois. On a pu constater l’étendue et la qualité des travaux menés dans ce grand pays qui pourrait dans un avenir proche gérer la planète. Finalement, le lieu a sans doute influencé de manière positive mon sentiment. Singapour est un micro-état de 720 km2, situé à un carrefour stratégique, qui en 40 ans a réussit à se hisser en haut des classements alors que ce bout de terre ne possèdait au départ aucune ressource, si ce n’est des citoyens déterminés, confiants et enthousiastes.

Mon séjour à Singapour m’a permis de visiter le laboratoire de propulsion électrique du Professeur Shuyan Xu, directeur du Plasma Sources and Applications Centre (PSAC). J’ai été impressionné par la rapidité avec laquelle la jeune équipe du Prof. Xu a pris en main le sujet de la PE et construit une infrastructure de haut niveau en seulement deux ans. Les études qui y sont actuellement menées suivent des approches innovantes. Elles devraient aboutir rapidement à des résultats remarquables qui pourraient bouleverser le domaine de la micro-propulsion spatiale.
J’ai eu la possibilité de parcourir le centre de recherche sur les technologies des satellites, également situé sur le campus de l’Université. J’ai ainsi vu pour la première fois des vrais Cubesats et micro-satellites. Il est évident que la proximité de ce centre offre au groupe du Prof. Xu des avantages et opportunités.

Notez que le troisième congrès MPCS sera organisé au mois de juillet prochain aux Etats-Unis par mon amis le Prof. Michael Keidar de l’Université George Washington. La 4ème édition pourrait avoir lieu en Chine en 2019 et si tout va bien, je devrais organiser la 5ème édition en France en 2020.

Base de données sur nanosats

Nanosatellite database, by Erik

Il s’agit d’une base de données sur les nano-satellites (typiquemment, masse < 10 kg) qui contient une quantité incroyable d’information sur les missions (passées, en cours et à venir), les entreprises, les équipements, les lanceurs et cetera. On y trouve aussi des informations sur les systèmes propulsifs actuellement disponibles. Je vous recommande ce cite si le domaine des nano-satellites, en pleine expansion actuellement, vous intéresse.

Je rapelle aux lecteurs que les CubeSats représentent une catégorie particulière de nano- et micro-satellites basées sur la norme U où 1U correspond à un volume de 10×10×10 cm3, soit 1 litre. On parle donc de Cubesat de taille 1U, 2U, 3U… Typiquement, une satellite de taille 1U a une masse de ∼1 kg.

Livres lus

Parmis les livres que j’ai lus cette année, voici ceux qui m’ont le plus marqué. J’ai déjà parlé de Metro 2033 et VS3 sur ce blog. Je vous recommande grandement la trilogie Silo, Les chemins noirs et The industries of the future. Et si vous voulez vous détendre tout en apprenant, Amazing stories of the space age.

Silo – Hugh Howey
Silo Origines – Hugh Howey
Silo Générations – Hugh Howey
Metro 2033 – Dmitri Glukhovski
Origine – Dan Brown
God’s ground – J. Brophy
The industries of the future – Alec Ross
Le minimum théorique – Leonard Susskind et George Hrabovsky
Amazing stories of the space age – Rod Pyle
Les chemins noirs – Sylvain Tesson
Berezina – Sylvain Tesson
Vernon Subutex 3 – Virginie Despentes
Entre deux mers – Axel Kahn
Pensées en Chemin – Axel Kahn

Randonnées

Cette année fût une année à randonnées. J’ai réussi à réaliser plusieurs parcours en Sologne et en Limousin pour mon plus grand plaisir. Ces randonnées sont pour moi une bouffée d’oxygène nécessaire, pour ne pas dire obligatoire, afin de maintenir un emploi du temps chargé mais également pour prendre du temps, m’isoler, réfléchir et penser à mes travaux, à mes projets, à ma vie, à mes proches et mes amis, au monde et à sa course folle, à après-demain.

Voici donc les routes que j’ai parcouru au cours des derniers mois.

Sologne, février : Orléans – Mézières-les Clery, 28 km
Monts d’Ambazac, mai : Saint Sylvestre, Grandmont, traversée de la réserve naturelle de la Tourbière des Dauges, 35 km
Monts de Blond, août : Massempy – Bachellerie, 42,5 km avec plus de 2000 m de dénivelé en valeur absolue
Monts d’Ambazac, octobre : Saint Léger la Montage, La Jonchère Saint Maurice, passage au travers de l’Arboretum et montée au Puy de Sauvagnac, l’un des  » sommets  » les plus hauts de la région avec ses 700 m, envrion 2500 m de dénivelé affronté, 34 km
Monts de Blond, décembre : Massempy – Mont Rocher, randonnée à 0° en moyenne mais sous un ciel clair avec de beaux paysages gelés, 31 km.

J’espère que l’année qui s’annonce me donnera la possibilité de faire encore plus de marche dans des lieux différents et nouveaux.