Archives de catégorie : Propulsion & Espace

ISCT200-Neo

Propulseur de Hall ISCT200-Neo en tir à 250 V avec du xénon.

Mon équipe vient de terminer le développement du propulseur à courant de Hall (1) ISCT200-Neo. Je suis fiers du travail accompli en seulement quelques mois. Je tiens ici à remercier sincèrement tous les membres de EP_team et à les féliciter, en particulier Théo Lejosne qui a supervisé ce projet.

Il s’agit de la nouvelle version de l’ISCT200, un propulseur de classe 200 W. L’architecture de base et la géométrie restent celles de la série ISCT200 . La chambre est en nitrure de bore et le champ magnétique est produit à l’aide d’aimants permanents. Les améliorations concernent les aspects thermique et mécanique. En outre l’anode, qui joue aussi le rôle d’injecteur de gaz, a été réalisée en impression 3D. Nous avons ainsi poursuivi l’étude sur l’I3D conduite dans le cadre de la thèse de Lou Grimaud sur les propulseurs de Hall à écrantage magnétique.

La photographie ci-dessus montre le propulseur ISCT200-Neo en tir avec du xénon dans la chambre à vide EPIC. Le propulseur opère à 250 V de tension de décharge avec une pression résiduelle de 10-4 mbar-Xe.

(1) Les désignations « propulseur de Hall » ou « propulseur à effet Hall », qui sont le plus souvent utilisées, sont en réalité incorrectes. L’appellation « à courant de Hall » est une description juste du principe de fonctionnement qui fait référence au courant électronique dans la direction azimutale créé par la dérive en champs électrique et magnétique croisés.

Ejection de matière

Le trou noir MAXI J1820+070 éjectant une goutte géante de plasma – Première observation réalisée en novembre 2018.

L’image ci-dessus révèle un jet de matière relativiste produit par le trou noir MAXI J1820+070. Elle a été obtenue par une équipe Internationale à partir d’imagerie spatiale dans le domaine radio et dans le domaine des rayons X. Quelle belle et grande découverte qui fait suite à la première photographie d’un trou noir de la galaxie Messier 87 publiée en avril 2019. Comment ne pas être fasciné et ému par la beauté et la magie de notre Univers. Par sa complexité aussi.

C’est ce genre d’images et d’observations qui m’ont fait aimer la Science et la Physique en particulier. Jeune je me régalais des articles du magazine Science & Vie puis de La Recherche en rêvant de marcher sur les traces de ces hommes et de ces femmes qui nous faisaient avancer sur le long chemin de la connaissance. J’ai en grande partie réalisé mon souhait.

Les chiffres issus de l’étude de MAXI J1820+070 sont vertigineux : une vitesse d’éjection atteignant 80 % de la vitesse de la lumière, une énergie interne de l’ordre de 6×1052 eV et une quantité de matière estimée à 2×1017 kg. Face à cette démesure il nous faut rester humble. Nous ne représentons pas grand chose pour ne pas dire rien. Un souffle de trou noir et nous disparaissons instantanément sans laisser de traces.

Les lecteurs désireux d’en apprendre d’avantage peuvent lire la pré-étude déposée sur arXiv et l’article publié dans The Astrophysical Journal Letters.

IPSA-One

Voici un article sur l’association IPSA-One écrit par le journaliste Rémy Decourt, avec qui je collabore régulièrement, et paru récemment dans la revue Futura Sciences : Aragosat-1, un CubeSat réalisé par des étudiants de l’école IPSA.

IPSA-One est une association d’étudiants de l’école d’ingénieurs IPSA située à Ivry-sur-Seine dans laquelle j’enseigne la propulsion spatiale ionique entre autres sujets depuis plusieurs années. Cette jeune association, créée en 2016 et pilotée par des étudiants très motivés qui ne comptent par les heures, a pour objectif majeur de faire voler le CubeSat 3U Aragosat-1, dont la mission est la démonstration d’un système propulsif à plasma.

Mon équipe travaille avec IPSA-One depuis sa création via une collaboration formelle CNRS-IPSA. Nous avons ainsi aidé les étudiants à définir le type de propulseur le mieux adapté à leur mission. Après de nombreuses études théoriques et pratiques, les étudiants ont finalement opté pour un propulseur radio-fréquence qu’il ont baptisé NOO. Ce dernier est actuellement en développement. Les premiers essais dans une chambre à vide devraient avoir lieu à ICARE au printemps. La route est encore longue pour les membres d’IPSA-One et nul doute qu’elle sera sinueuse. Mais quand je vois leur détermination, leur motivation, leur engagement et la passion qui les anime, je ne doute pas une seule seconde du succès de cette aventure à laquelle je suis chanceux de participer.

Articles scientifiques

Notre article sur l’après colonisation de la planète Mars (open access – en accès libre) a été l’article le plus lu du journal Global Challenges en 2019. C’est un article qui sort de mon champ d’expertises mais j’ai pris beaucoup de plaisir à effectuer des recherches pour son écriture notamment sur lois qui régissent aujourd’hui l’exploitation de l’espace. Je remercie chaleureusement mais collègues, en particulier Igor, car ce fût une belle expérience très enrichissante.

Mars colonization: Beyond getting there, I. Levchenko, S. Xu, S. Mazouffre, M. Keidar, K. Bazaka, Global Challenges 2, 1800062 (2018)

L’un des articles les plus lu du journal Physics of Plasmas en ce début d’année avec 1217 vues traite des dernières avancées en propulsion spatiale ionique. Il est lui aussi en accès libre. C’est un article riche qui donne un aperçu assez juste de l’état actuel de la propulsion électrique même si faute de place nous n’avons pas pu traiter toutes les technologies. Il manque par exemple des résultats concernant les arcjets et les propulseurs MPD. Néanmoins une large part est consacrée aux propulseurs sans cathode à antenne(s) tels que les Helicons. Cet article est très complet puisque nous abordons aussi les cathodes et les simulations numériques. Finalement, en se basant sur les connaissances et les savoir-faire actuels et les besoins à venir (constellations, missions lunaires et martiennes, exploration du système solaire) nous avons consacré plusieurs pages aux perspectives réalistes pour le futur proche.

Perspectives, frontiers and new horizons for plasma-based space electric propulsion, I. Levchenko, S. Xu, S. Mazouffre, D. Lev, D. Pedrini, D. Goebel, L. Garrigues, F. Taccogna and K. Bazaka, Phys. Plasmas 27, 020601 (2020)

Je terminerai par l’article de synthèse (review) sur la propulsion électrique que j’ai écrit en 2016. C’est l’un des articles dont je suis le plus fiers et aussi celui qui m’a demandé le plus d’effort puisque j’y ai consacré plus de 300 heures. C’est l’un des articles les plus téléchargés et les plus cités (4866 téléchargement et 150 citations) du journal Plasma Sources Science and Technology. Ce journal a été créé en 1992 par, entres autres, mon directeur de thèse Daan Schram. C’est aujourd’hui le journal le plus renommé en physique des plasmas froids.

Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel approaches, S. Mazouffre, Plasma Sources Sci. Technol. 25 033002 (2016)

IEPC 2019, Vienne

La 36ème édition du congrès International Electric Propulsion Conférence s’est achevée hier après-midi. Quelle belle et grande édition dans la superbe et très agréable ville de Vienne en Autriche d’autant plus que le soleil était au rendez-vous. Les avis sont unanimes, il s’agit d’un des meilleurs congrès IEPC organisés au cours des vingt dernières années. Mais pouvait-il en être autrement sachant que cette édition était orchestrée par mon ami Alexander Reissner, qui dirige aujourd’hui la jeune pousse – je préfère tout de même le terme startup ! – Enpulsion qui développe et produit des propulseurs à effet de champ (FEEP) à l’Indium destinés aux nano- et micro-satellites ?

Belle et riche édition donc, qui d’une part m’a permis de revoir de nombreux amis et d’autre part a confirmé le regain d’intérêt pour notre domaine. Un chiffre parle de lui-même 680. C’est le nombre de participants. Un record qui a dépassé de loin les attentes. L’enthousiasme flotte donc dans l’air, en particulier pour les systèmes opérants à basse puissance et destinés au marché des petits satellites et des constellations. Cette édition a fait la part belle aux études sur les cathodes, la micro-propulsion, les petits moteurs à courant de Hall et les « nouveaux concepts ». Les choses devraient se poursuivre même si dans les années à venir il est évident que le domaine va subir une consolidation qui distinguera les gagnants des perdants. Mais à l’instant t c’est l’effervescence et il faut en profiter. A noter que la Chine était présente en force avec une délégation de plus de 50 chercheurs. J’ai retrouvé plusieurs visages désormais familiers depuis mon séjour à Pékin en mai dernier pour le congrès MPCS 4.
Je remercie également Alexander et son équipe pour la croisière sur le Danube, la visite de l’abbaye de Melk, ce dîner de Gala inoubliable et la soirée rooftop avec une vue indescriptible sur la ville de Vienne drapée de ses couleurs nocturnes.

Lors du dîner mon équipe c’est vu remettre le prix Best paper award pour ses travaux sur l’application de la diffusion Thomson incohérente à la propulsion électrique. C’est une belle reconnaissance de la communauté qui récompense le travail de tous. Un grand merci à tous les étudiants, doctorants et jeunes chercheurs qui nous ont accompagnés. Ce prix est le vôtre, soyez fiers. Mon équipe est la seule qui ait obtenu cette récompense deux fois, une raison de plus d’être satisfait et fiers. En effet nos recherches sur l’observation des oscillations spatio-temporelles du champ électrique dans un propulseur de Hall par spectroscopie laser avaient été récompensées en 2009 à Ann Arbor dans le Michigan.

L’odyssée interstellaire

La série « L’odyssée Interstellaire » va prochainement être diffusée sur la chaîne ARTE : le samedi 10 août à 20h30 pour les 2 premiers épisodes et le samedi 17 août à la même heure pour les 2 derniers épisodes.

Cette série décrit la recherche d’une vie extraterrestre sur une exoplanète. Mon équipe a eu la chance de participer à cette belle aventure. J’en ai parlé sur ce blog dans un billet daté du 12 janvier 2019 : Living Universe. Notre intervention concerne l’emploi de la propulsion électrique pour un voyage interstellaire. Nous apparaissons dans l’épisode 2.

Pour ceux qui ne pourrons hélas pas voir la série elle est disponible sur le site Arte tv jusqu’au 8 octobre : Série.

Bien venu à bord du vaisseau Minerva et bon voyage.

MPCS 4

Participants au congrès MPCS 4 à Pékin.

Je viens de participer à la 4ème édition du congrès international MicroPropulsion & CubeSats (MPCS 4). Après Bari, Singapour et Washington, cette édition était organisée à Pékin par nos collègues chinois que je félicite et remercie une fois de plus pour l’organisation parfaite du congrès et leur hospitalité.
Ce congrès a été l’occasion de rencontrer et d’échanger avec les grands acteurs chinois, académiques comme industriels, de la propulsion électrique. Nous avons également pu apprécier le niveau des activités menées en Chine sur l’ensemble des technologies de PE et découvert les expériences et missions déjà réalisées. Nous avons aussi eu le privilège de visiter l’Agence Spatiale Chinoise (China Academy of Space Technology – CAST) où nous a été présenté un aperçu de leur très ambitieux, mais cohérent et réalisable, programme spatial qui comprend entre autres la construction, actuellement en cours, d’une station spatiale en orbite terrestre, le développement de constellations de micro et mini satellites et l’exploration de la Lune en préparation de vols habités, puis, sans doute, de l’édification d’une base permanente.

La prochaine édition du congrès MPCS se déroulera à Toulouse à l’automne 2020. Elle sera organisée par Laurent Garrigues du LAPLACE et moi-même.

Photographie d’une capsule Shenzhou prise à l’Agence spatiale chinoise (CAST) à Pékin.



Inauguration

J’étais présent hier soir à Massy pour l’inauguration des nouveaux locaux de la start-up Exotrail parmi des invités prestigieux dont Agnès Pannier-Runacher, secrétaire d’Etat auprès du ministre de l’Economie et des Finances. J’ai passé un très bon moment, dans des locaux spacieux, agréables et fonctionnels que j’avais déjà eu le privilège de visiter, alors qu’ils étaient encore en travaux, il y a quelques semaines. J’ai particulièrement apprécié la teneur et l’orientation des discours. On est clairement dans une dynamique positive portée par une jeunesse qui croit en demain et soutenue par le gouvernement et l’état, à travers notamment la BPI.

Cette inauguration représente une étape clé pour Exotrail, start-up de l’industrie, car pour développer des systèmes propulsifs pour les véhicules spatiaux il faut des bureaux pour les études et les simulations, des installations lourdes pour simuler les propriétés du vide spatial, des salles pour les essais et les expériences et cetera. Avec son installation à Massy Exotrail va pouvoir ainsi passer à la vitesse supérieure.

Je suis ravi de participer à cette aventure en tant que directeur d’ORACLE, le laboratoire commun récemment créé entre Exotrail et le CNRS. Que de chemin parcouru depuis notre première rencontre au début de l’année 2018. Ils n’étaient alors que sept hébergés sur le site de l’incubateur de l’Ecole Polytechnique. Il sont désormais plus de 20 à travailler sans compter dans 550 m2 et ont déjà à leur actif deux versions de petits propulseurs à courant de Hall. Exotrail devra encore relever de nombreux défis, gérer des succès et des échecs, des avancés et des voies sans issue, faire face à la concurrence, mais la persévérance, l’écoute et l’envie les amèneront loin. Après cette inauguration, première grande étape dans la vie de la start-up, souhaitons à Exotrail de compter très bientôt parmi les entreprises incontournables de la PE pour les nano- et micro-satellites.

A noter : l’inauguration du laboratoire commun ORACLE aura lieu à l’ICARE sur le campus du CNRS d’Orléans le mardi 28 Mai à 14h30.

ORACLE

Signature de la convention du laboratoire ORACLE à Orléans.
De gauche à droite : J-L. Maria (Exotrail), S. Mazouffre (ICARE), D. Henri (Exotrail),
I. Zolghadri (ICARE), F. Godeferd (CNRS, INSIS), L. Hamon (CNRS, DR8), N. Heitz (Exotrail),
S. Tsikata (ICARE), P. Dagaut (ICARE, Dir.)

ORACLE, acronyme pour “ labORAtoire Commun en propuLsion Electrique ” est un laboratoire commun entre l’équipe Propulsion Electrique d’ICARE et la jeune startup française Exotrail. Ce partenariat fort a pour objet de recherche la propulsion électrique pour les micro-satellites, en particulier les systèmes propulsifs miniatures à courant de Hall.

Cette collaboration est, certes un défi à relever dans un secteur très compétitif en mouvement perpétuel, mais aussi, et surtout, une belle aventure à laquelle je suis heureux et fiers de participer. ORACLE, dont on m’a confié la direction, va désormais faire de son mieux pour assurer une recherche de haute qualité qui permettra au CNRS/ICARE de continuer à jouer un rôle majeur en propulsion électrique et à Exotrail de fournir des produits performants, innovants et répondant aux besoins du marché.

Je tiens ici à remercier sincèrement David, Jean-Luc, Nicolas et Paul, ainsi que toute l’équipe d’Exotrail, pour la confiance et le crédit qu’ils accordent à mon équipe et au CNRS.

Voici le communiqué de presse diffusé sur et dans de très nombreux média.


The Institut de Combustion Aérothermique Réactivité Environnement (ICARE), a subsidiary of the French National Centre for Scientific Research (CNRS) and Exotrail have concluded a strategic agreement that will result in the creation of a joint laboratory dubbed ORACLE, from the French “labORAtoire Commun de propuLsion Electrique”.

This partnership involves a major actor of the New Space industry and a laboratory which is among the top institutions in the world in terms of electric micropropulsion and advanced plasma diagnostics. The objective of this major partnership is to accelerate advancements in the electric micro-propulsion of nano and micro-satellites through scientific and technological cooperation. ORACLE will result in:

  • A human and technical partnership uniting expertise and agility;
  • Pooling of equipment and investment in advancements and new technologies;
  • A synergy and convergence of the work and its applications.

The common laboratory will be hosted in ICARE’s facilities in Orleans. A PhD student funded by Exotrail is already working within ORACLE.

ORACLE – ELECTRIC PROPULSION JOINT-LABORATORY

ORACLE will focus on miniature Hall propulsion systems, suitable for nano and micro-satellites from ten to several hundred kilograms. Research carried out within ORACLE will fall into the New Space Sector (Private sector commercial initiatives) of the Space Industry and has the potential to significantly impact on the development of constellations of small satellites for Earth observation, Telecommunications, Defense and Internet Connected objects (Internet of Things/ IoT).

The work will focus on the miniaturization of Hall thrusters, a challenge both scientific and technological, and on the design of new generation thrusters that are more efficient, more flexible and capable of responding to various needs in terms of space missions.

By combining the expertise of state-of-the-art technologies with a mastery of the small satellite market ecosystem, ORACLE will become a major propulsion player for nano and micro-satellites, a competitive and strategic field for France and Europe.

Mr Stéphane Mazouffre, Director of Research at ICARE said: « The alliance between ICARE and Exotrail is an example of perfect synergy in the space sector. The joint laboratory will be able to progress our understanding of the complex physical mechanisms involved in these propulsive systems. In return, scientific progress will allow Exotrail to develop their commercial high-performance miniature thrusters. This partnership is the best approach to meet the expectations of stakeholders in a strategic, ultra-competitive and rapidly evolving field. »

Mr David Henri, CEO of Exotrail said: “ICARE was a pioneer in the field of miniaturization of electric thrusters, long before the era of small satellites; and Exotrail is one of the leading players in this global market. ORACLE is, therefore, a unique technical complementarity in Europe: the alliance of a leading scientific player with a technological and industrial start-up. It is the pooling of science and sharp market expertise. The next 5 years will bring major changes in the space industry – ORACLE will allow us to remain at the forefront of innovation to cope with these changes.”

Le défi du voyage vers les étoiles

Le défi du voyage vers les étoiles. De gauche à droite, Interprète, Pete Worden, Moi-même, Pierre Kervella, Nicolas Prantzos et Alain Cirou.

C’est le titre de la table ronde à laquelle j’ai été convié à participer le 1er novembre dernier dans le cadre de la 11ème édition des Rencontres du Ciel et de l’Espace (voir mon billet du 2 novembre).

Cette table ronde réunissait, face à un amphithéâtre plein, Pete Worden, directeur de Breakthrough Starshot, Nicolas Prantzos, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique de Paris, Pierre Kervella, astronome à l’observatoire de Paris et moi-même. Elle était animée par Alain Cirou, le directeur de le rédaction du magazine Ciel & espace.

La vidéo est disponible ici.