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J’ai donné hier soir à l’hôtel Novotel d’Orléans la Source une conférence intitulée : Evasion spatiale – Objectif Mars. Et après ?
Cette conférence était organisée par le Crédit Agricole du Centre-Loire. Je tiens à remercier une fois de plus mon ami Johann pour m’avoir offert l’opportunité de parler de la conquête spatiale et de voyages interplanétaires.
La conférence présentait l’histoire, l’état de l’art et le futur des missions spatiales et de l’exploration. Je me suis focalisé sur l’aspect propulsion en exposant les contraintes imposées par l’équation de Tsiolkovsky, qui expliquent en grande partie pourquoi nous avons à ce jour seulement visité la Lune et pourquoi Mars demeure un objectif compliqué et coûteux. Quant au reste de notre système solaire, je ne vois pas l’homme s’y aventurer avant le siècle prochain.
J’ai passé un très agréable moment devant une assemblée d’environ 120 personnes. Les échanges et les discussions ont été nombreux et enrichissants. Ils ont duré plus de deux heures mais ont aurait pu palabrer toute la nuit. Je n’avais pas donné de conférence destinée au grand-public depuis plusieurs années. Ça me manquait en fait. J’ai pris beaucoup de plaisir hier soir à communiquer sur mon domaine de recherche et sur mon métier et à répondre du mieux possible à toutes les questions posées, parfois assez éloignées du thème choisi. Et par ces temps agités et gris qui nous confrontent à la fragilité de nos sociétés, j’espère aussi avoir apporté un peu de rêve.

Les diapositives que j’ai utilisé pour cette conférence sont disponibles ici.

Photographie prise au JPL en septembre. On y voit le moteur ionique à grilles NEXIS de 70 cm de diamètre développé dans le cadre du programme Prometheus de la NASA. Le propulseur opère entre 15 et 25 kW et délivre une Isp de 7000 s.

Au début du mois de septembre, j’ai passé quelques jours au Jet Propulsion Laboratory (JPL). Le JPL est situé au pied des montagnes Saint-Gabriel à Pasadena en Californie, au nord de Los Angeles. C’est un institut cogéré par la NASA et le California Institute of Technology. Caltech, dont j’ai pu visiter une partie du campus, dont le célèbre Athenaeum, est l’une des Université américaine les plus prestigieuses et qui se place dans le peloton de tête de tous les classement internationaux. A ma grande surprise, le nombre d’étudiant à Caltech est très restreint ; ils sont un peu plus de 2000 actuellement. Le nombre et la taille ne font pas tout, loin de là, contrairement à ce que l’on nous rabâche en France. Mieux vaut miser sur la qualité des enseignements, le confort des étudiants et un haut niveau de recherche.

Mon séjour au JPL, sous une chaleur écrasante, s’est fait dans le cadre d’un séminaire sur le transport électronique turbulent dans les propulseurs de Hall auquel nous avons eu le plaisir et l’honneur d’être invités avec ma collègue Sedina Tsikata. Plusieurs jours de brainstorming dans une atmosphère sérieuse mais détendue. A l’américaine ! J’ai retrouvé à Pasadena plusieurs collègues et amis avec qui se fut un plaisir de travailler sur un sujet parmi les plus complexes en physique des plasmas magnétisés : Y. Raitses, A. Smolyakov, E. Choueiri, R. Hofer, I. Kaganovich, D. Goebel, I. Katz, J. Polk, I. Mikellides, B. Jorns, R. Lobbia, R Spektor… Le séminaire fut riche d’échanges, plein d’idées et fructueux en terme de clarification du problème et de stratégie d’attaque.

Nous avons naturellement eu droit à une visite personnalisée d’une partie du JPL (le site s’étend sur plus de 70 hectares). Nous avons eu le privilège d’accéder à la salle de contrôle des missions scientifiques vers laquelle toutes les données des sondes interplanétaires convergent. Nous avons également vu des modèles à l’échelle 1 des trois rovers martiens ainsi que la capsule (en cours de construction et de tests) qui emportera le prochain rover (lancement prévu pour 2020). Curiosity, qui s’est posé en août 2012 sur Mars, est particulièrement impressionnant ; 900 kg pour 2,9 m de long, 2,7 m de large et 2,2 m en hauteur.
Bien entendu, nous ne pouvions pas quitter les lieux sans être passé par le laboratoire de propulsion électrique du JPL. On a pu voir entre autres le propulseur de Hall XR-5 de Aerojet Rocketdyne en tir, le propulseur H6 (5 kW) dans sa version à écrantage magnétique, un propulseur en configuration MS de 300 W et le moteur ionique à grilles NEXIS de 20 kW. Ce propulseur ionique fut développé au début des années 2000 dans la cadre du projet Prometheus, qui fut stoppé en 2005, dont l’un des objectifs était l’exploration des lunes de Jupiter.

Très agréable semaine. Sur tous les plans. Je suis repartit plein d’énergie et d’idées. Mais avec un peu de frustration aussi. Quant on voit les rovers martiens, NEXIS, les missions en cours et les projets lancés comme le lanceur lourd SLS, Mars 2020 et A.R.M. (Asteroid Redirect Mission), on se demande pourquoi l’Europe, qui a pourtant les compétences et les moyens, n’est pas aussi ambitieuse ?

Photographies prise au Kennedy Space Center en Floride. De haut en bas : la navette Atlantis, les tuyères du premier étage de la fusée Saturn V et le hangar géant où sont assemblés les lanceurs.

J’étais à Orlando en Floride la semaine dernière pour la 51ème édition du congrès Joint Propulsion Conference où j’ai retrouvé avec plaisir plusieurs collègues américains. Cette année le congrès était de qualité un peu inférieure à la moyenne – ce qui a d’ailleurs été largement commenté lors du comité du groupe Propulsion Electrique de l’AIAA dont je suis membre – du fait que le congrès international IEPC dédié à la PE s’est tenu au Japon deux semaines avant. Le délai était trop court ; ce n’est pas une chose à reproduire lors des prochaines éditions.
Nous avons donné, avec mon étudiant Julien Vaudolon, des conférences sur l’optimisation du concept Wall-Less, sur l’optimisation d’un propulseur fonctionnant en krypton et sur les oscillations à haute-fréquence du champ électrique dans un propulseur de Hall. Ces sujets ont été bien accueillis par la communauté et largement commentés.
Je retiens de cette édition principalement quatre travaux sur les moteurs ioniques en anneau qui permettent d’améliorer le rapport poussé sur puissance, les avancés sur la configuration Magnetic Shielding, les études du NASA JPL sur les perturbations du plasma induite par l’introduction d’une sonde électrostatique dans la décharge d’un PH (études complémentaires des notre) et un étude très intéressante par l’Université du Colorado sur la mesure du courant de Hall à l’aide de capteur magnétique externes (résolution d’un problème inverse).

Je ne conseille pas spécialement la Floride en été car le climat y est quasi subtropical : températures élevées (30 à 35 °C), fort degré d’humidité et pluies abondantes. Malgré ça, nous en avons profité pour visiter, avec une météo très clémente,  le Kenedy Space Center de la NASA situé à côté de la base militaire de Cap Canaveral. C’est un lieu magique pour les amateurs et de conquête de l’espace. Il y a entre autres toutes les fusées américaines et bien sûr les mythiques pas de tir situés en bordure de la mer. J’ai revu le lanceur géant Saturn V qui a été utilisé pour les missions Apollo (j’en avais déjà vu un au Johnson Space Center à Houston en 2000) et pour la première fois j’ai pu voir une navette spatiale. Il s’agit de la navette Atlantis, la dernière à avoir volée. Extrêmement impressionnant avec une magnifique mise en scène. Je retournerai au KSC dès que possible car en une journée nous n’avons même pas visité la moitié du site.

Le contrat a été révélé hier, au premier jour du salon international de l’aéronautique et de l’espace du Bourget.
Airbus Defense and Space a été sélectionné par l’entreprise d’accès à Internet OneWeb pour la fabrication d’une flotte de plus de 900 minisatellites de 150 kg pièce. L’objectif de OneWeb est de fournir un accès à Internet pour tous en couvrant l’ensemble de la planète. La constellation de OneWeb devrait aussi permettre une connexion de qualité et abordable dans les avions de ligne.

C’est une belle victoire pour Airbus D&S mais aussi un véritable challenge. Il va falloir désormais passer à la vitesse supérieure puisque les premiers lancements sont prévus pour 2018. Il s’agit d’industrialiser à grande échelle la fabrication de satellites puisqu’il faudra en produire plusieurs dizaines par mois. C’est sans doute le savoir-faire d’Airbus dans le domaine de la gestion de la production de produits complexes à cadence élevée qui lui a permis de remporter le match face à ses concurrents.

La question qui se pose désormais, et qui intéresse tout particulièrement mon équipe, est de savoir si les satellites de OneWeb seront équipés de propulseurs électriques pour le transfert d’orbite, le maintien à poste, ou la correction de traînée. Si c’était le cas, alors on entrerait là aussi dans une ère nouvelle, à défricher entièrement, de production en masse de propulseurs électriques. Il s’agirait de produire en quelques années des milliers de propulseurs car chaque satellite en emporterait probablement plus d’un.
Quelle technologie ? Cela dépend de ce que l’on envisagerait avec la PE. Les propulseurs de Hall fournissent une poussée relativement élevée mais les moteurs à grilles ont une impulsion spécifique plus grande et donc consomment moins de carburant.
Quelle gamme de puissance ? Probablement entre 100 W et 500 W selon les besoins et la puissance disponible à bord.
La question de l’ergol se pose aussi. On imagine difficilement embarquer du xénon car ce gaz coûte cher et les capacités de production mondiale sont pour l’instant limitées. Quel remplaçant ? La aussi le choix n’est pas trivial. Il y a le krypton bien sûr qui se trouve juste en dessous du xénon dans la classification périodique. Mais l’on peut penser aussi à l’argon, à l’azote voir à l’air. Et il y a le cas intéressant du di-iode.

Beaucoup reste donc à imaginer, à faire, à tester rien que du côté de la PE.
Mais avant de s’emballer, attendons d’en savoir un peu plus sur l’architecture du système propulsif retenu. Les informations vont arriver vite, je n’en doute pas.