Archives de catégorie : Propulsion & Espace

La fin du projet Breakthrough Starshot

J’ai contribué à la rédaction d’un article pour le magazine Ciel & Espace sur la lente agonie et finalement l’arrêt du projet Breakthrough Starshot financé par le milliardaire américain Yuri Milner. L’article, écrit par le journaliste Guillaume Langin s’intitule « Le projet de voyage interstellaire Breakthrough Starshot a cessé sans bruit ni exploit ». Il est disponible sur le site web de Ciel & Espace : Article.

Le projet Breakthrough Starshot avait débuté en grande pompe en 2016. Il avait pour objectif l’envoi d’une myriade de nano vaisseaux vers l’étoile Proxima du Centaure et ses exoplanètes. Les vaisseaux devaient être propulsés à l’aide de voiles laser. Le programme, porté entre autre par Pete Worden, que j’ai rencontré à plusieurs reprises, a vécu puis c’est éteint. C’est naturellement dommage, car pour la première fois un projet scientifique avait pour but d’amener l’humanité vers un autre système planétaire. Il y a sans doute de très nombreuses raisons qui ont conduit à un essoufflement puis à un arrêt – vous pouvez lire à ce sujet l’article de C&E mais aussi un article paru en septembre cette année dans Scientific American (How a Billionaire’s Plan to Reach Another Star Fell Apart) – mais je retiens qu’il y a surtout eu de réelles et significatives avancées scientifiques et techniques qui au final rapprochent l’humanité de la possibilité d’un tel voyage interstellaire.

A ce stade, je pense que l’on devrait reconsidérer l’objectif, en se basant sur les connaissances acquises dans BS, et commencer par une mission de démonstration qui viserait à envoyer à l’aide d’une voile laser une micro-sonde spatiale aux confins de notre système solaire en quelques mois, pour par exemple étudier la limite physique de notre bulle stellaire.

LIF sur l’ion Ar+

Le graphique représente le spectre de l’ion Ar+ obtenu par spectroscopie de Fluorescence Induite par Laser dans la décharge plasma du propulseur à effet Hall ISCT100. Ce spectre a été mesuré cette semaine par Fabiano Perini, un des doctorants de mon équipe. L’état métastable 3d4F7/2 de l’ion Ar+ est excité à 688.6612 nm à l’aide d’une diode laser et la fluorescence est détectée dans le bleu à 434.806 nm. Les longueurs d’onde sont données dans l’air.

A notre connaissance c’est la première fois que l’ion Ar+ est observé par FIL dans le plasma d’un propulseur Hall. De plus, la transition à 688 nm n’avait jusqu’à présent pas été sondée dans de telles conditions. Voilà donc un beau cadeau avant les célébrations de Noël.

On peut voir distinctement 2 pics sur la figure. Le premier, à faible vitesse, regroupe les ions créés et accélérés localement. Le second, à grande vitesse, correspond aux ions produits au fond de la cavité et ayant subi toute la chute de potentiel jusqu’à la position d’observation.

PEH en tir avec de l’eau

Voici la photographie du propulseur ISCT200 de 200 W en tir avec de la vapeur d’eau à 250 V de tension de décharge. La photographie a été prise il y a quelques jours par F. Perini dans le cadre de sa thèse de doctorat. Ces travaux s’inscrivent dans le nos recherches sur l’emploi de l’eau comme ergol en propulsion électrique dont j’ai parlé sur ce blog en novembre 2024 (voir l’article). Nous étudions actuellement les propriétés de la décharge plasma magnétisée en H2O à l’aide de diagnostics optiques et laser dans le but d’accroître la production d’ions et de limiter la dissociation des molécules d’eau qui a pour conséquence de dégrader le rendement propulsif.

Spectre de l’atome d’iode

La figure ci-dessus montre le spectre de l’atome d’iode mesuré par spectroscopie de fluorescence induite par laser à 804.37 nm (air) dans une décharge radiofréquence capacitive. La fluorescence est capturée à 911 nm. Ce spectre a été obtenu il y a quelques jours par A. Marianacci, un des doctorants de mon équipe. C’est la première fois que cette transition est  » vue  » par spectroscopie de FIL. Ces expériences sont réalisées dans le cadre du projet HE BOOST. Il s’agit de préparer des études à venir sur la décharge et la plume d’une cathode RF. Ces résultats vont être présentés à la conférence LAPD 21 en Suisse et au congrès IEPC 2025 à Londres en septembre.
Les travaux vont se poursuivent avec l’étude de la structure hyperfine de la transition à 804 nm et la spectroscopie de FIL sur l’ion I+.

L’eau, ergol du futur ?

L’eau est vue aujourd’hui comme un carburant (ergol) au fort potentiel pour la propulsion des satellites et des sondes spatiales. Elle pourrait prochainement remplacer les ergols atomiques traditionnels (xénon, krypton, argon) en propulsion ionique. Cette molécule – H2O – possède en effet des propriétés intéressantes pour la propulsion : elle se stocke naturellement sous forme liquide (ce qui évite l’emploi de réservoir à haute-pression), elle est non toxique et facilement manipulable, elle est légère ce qui permet d’atteindre une haute impulsion spécifique et elle est très abondante dans le système solaire. De plus l’eau est utilisable à la fois pour la propulsion électrique et pour la propulsion chimique. Dans le premier cas il faut créer une décharge plasma soit directement à base d’eau soit à partir de ses sous produits, c’est à dire H2 et O2. Dans le deuxième, cas on réalise une réaction de combustion entre l’hydrogène et l’oxygène.

Des travaux sont en cours à l’ICARE sur l’intérêt de H2O en PE. Nous avons choisis la voie de la vaporisation (production de vapeur d’eau) et non celle de l’électrolyse (production de H2 et O2). Afin d’optimiser le système de vaporisation, des expériences ont été menées en microgravité avec le soutien du CNES. L’image ci-dessus donne un aperçu des expériences de l’équipe réalisées à bord de l’Airbus A310 AirZeroG de la société NoveSpace, une filiale du CNES, au cours de la campagne VP177 en mars 2024. Une vue d’ensemble des études est décrite dans le numéro hors-série 24 de la revue MicroScoop du CNRS : L’eau, nouveau carburant pour les satellites ?

IEPC 2024, Jour J

Nous y sommes.
La 38ème édition du congrès IEPC dédié à la propulsion électrique des véhicules spatiaux va débuter dans l’après-midi et se prolonger jusqu’à vendredi prochain.
Voici donc l’aboutissement de deux années de travail, non pas seul, mais à quatre. Merci à vous trois pour m’avoir suivit et aidé dans cette belle aventure débuté à Vienne en 2019 qui je l’espère fera de cette édition un moment mémorable.
Allez, c’est l’heure. Je vous raconterai.

2024

L’année 2023 vient de s’achever ; 2024 pointe son nez. Rien ne dit qu’elle sera meilleure. On voudrait y croire mais le contexte international et les discours belliqueux de certains dirigeants ne laissent hélas rien présager de très bon. Il y a aussi l’absence évidente d’engagements forts contre le réchauffement climatique (2024 sera plus chaude que 2023, voilà une certitude) et la montée en puissance à vitesse grand-V de l’IA que personne i) n’avait vu venir et ii) ne sait gérer et orienter. Le monde s’adaptera tant bien que mal. On fera le bilan de cette nouvelle année dans 365 jours mais il est difficile d’être optimiste. Néanmoins, il ne faut pas baisser les bras ; la fin du monde n’est pas pour tout de suite. Garder espoir il faut, comme dirait un petit sage vert.

2024 sera au moins une année importante pour ma petite personne. J’ai en effet le plaisir et l’honneur d’organiser au mois de juin prochain à Toulouse la 38ème édition du Congrès International en Propulsion Electrique ou International Electric Propulsion Conference en anglais. J’y travaille, au sein d’une petite équipe pleinement investie, depuis déjà plus d’un an après la sélection de notre projet face à la Chine en 2020. Mais il est clair que le nombre de tâches s’accroit et que la pression commence à monter à désormais moins de six mois de l’échéance.
On fera tout bien sûr pour que cette édition française soit inoubliable et marquante aussi bien sur le fond que sur la forme. Cela commence bien puisque nous avons reçu 740 contributions scientifiques, un record… et une grande charge de travail en perspective. Pour en savoir d’avantage et suivre l’avancée des préparatifs, je vous invite à visiter le site web du congrès : IEPC 2024.

Isp record

Traces du courant ionique enregistrées dans le faisceau de plasma du propulseur à arc sous vide PJP équipé d’une cathode en cuivre.

La figure ci-dessus montre la forme d’onde du courant ionique mesurée au cours d’une impulsion de courant à l’aide de sondes de Faraday dans la plume plasma du propulseur à arc sous vide (VAT en anglais) Plasma Jet Pack de COMAT équipé d’une cathode en cuivre (Cu). Les enregistrements ont été réalisés dans le cadre de la thèse d’Etienne Michaux financée par le CNES et COMAT. L’écart temporel entre l’intensité maximale de chaque courbe permet de déterminer la vitesse des ions connaissant la distance qui sépare les deux sondes. Il s’agit de la méthode dite de « temps de vol ».

Cette mesure indique ainsi que les ions atteignent une vitesse de 160 km/s, indépendamment de leur charge électrique, ce qui correspondrait à une impulsion spécifique (Isp) de 16330 s ! Il s’agit à notre connaissance du record d’Isp pour un propulseur ionique, cette valeur étant supérieure à celle obtenue avec un propulseur de la même famille par la startup Neumann Space.
Une telle valeur est cependant rare et statistiquement peu représentative, la valeur moyenne de la vitesse des ions dans les conditions de cette expérience se situant autour de 35 km/s. L’origine de ces bouffées d’ions ultra-rapides n’est pas connue. Il peut s’agir de l’effet d’instabilités à fort courant ou bien de la production d’ions hautement chargés accélérés électrostatiquement.
Les lecteurs intéressés pourront trouver des mesures et des informations additionnelles dans un article paru récemment dans la revue scientifique Aerospace : Time-of-flight measurements in the jet of a high-current vacuum arc thruster, Aerospace 10 1011 (2023).

Dialogue avec ChatGPT à propos de PE

Vous avez tous entendu parler ces derniers jours de ChatGPT, un agent conversationnel basé sur l’IA développé par OpenAI. Difficile de passer à côté du programme qui fait vos devoirs et rédige vos dissertations, rapports, articles et livres (ou presque). Les étudiants sont ravis. Les autres s’interrogent. Le début de la fin ?
J’ai donc voulu me faire une idée des capacités de ChatGPT. Afin de pouvoir juger de façon professionnelle et objective, j’ai choisi de poser à ChatGPT des questions concernant la propulsion électrique pour les satellites, l’un des domaines que je maîtrise le mieux. Notre petite conversation, sous forme de questions-réponses est disponible ici (en anglais) : A chat with ChatGPT about EP.

Le résultat est je dois dire assez bluffant. C’est en effet un niveau au dessus de ce que fait Google aujourd’hui ou Wikipedia. Il y a des répétitions, des imprécisions (notamment sur les familles et technologies il y a confusion et répétition), des simplifications, des oublis mais je n’ai pas trouvé d’erreurs majeures. C’est en somme une introduction d’un niveau correcte qui donne les grandes lignes. Mais on s’arrête là.
Pour en savoir d’avantage, approfondir, il faut (encore, mais pour combien de temps) se plonger dans les articles et les livres. Il faut aussi être critique, donc avoir du recul, donc avoir des connaissances, du savoir.
Une dernière remarque. ChatGPT ne cite pas ses sources. Il n’y a aucune références. Un point faible que le programme devra corriger.
Pour résumer, un outil sans doute puissant à manipuler avec précaution.

Voyages interstellaires

J’ai participé cette semaine à l’école d’été « Second Interstellar Studies Summer Course » organisée par le Limiteless Space Institute (LSI) et l’organisation Initiative for Interstellar Studies (i4is).

J’ai fait un excellent choix même si les journées furent longues puisque les cours et conférences débutaient à 16 heures pour se clôturer à minuit dans mon cas à cause du décalage horaire avec Houston. Je tiens à remercier Rob de i4is et Sonny du LSI pour leur engagement, leur passion et leur énergie mis au service de cette belle initiative qui je l’espère se poursuivra dans le futur.

Vous l’aurez tous compris, il a été question tout au long de cette semaine de voyages interplanétaires (à l’intérieur du système solaire) et surtout de voyages interstellaires (à l’extérieur du système solaire). Les exposés étaient tous passionnants, riches et instructifs. Je tiens à saluer ici le sérieux des intervenants et leur attitude décontractée ; ils ont su sans mal partager leur engouement et transmettre leurs savoirs. Le contenu thématique de l’école était fantastique puisque nous avons traité de propulsion (fission, fusion, voiles laser, warp drive), de ressources in-situ, de l’architecture des vaisseaux (generation ships, world chips mais aussi Chipsats), des voyages et de leurs contraintes, des objectifs et des intérêts (pour vs contre). Nous avons aussi évoqué les voyages interstellaires dans la science-fiction, en particuliers les films et les séries. Un très beau programme, plaisant et instructif même pour un physicien des plasmas spécialiste de la propulsion électrique comme moi.

J’ai surtout retenu une chose de cette école : lorsque l’on traite sérieusement des voyages interplanétaires, il ne faut surtout pas se limiter à partir du moment où l’on ne contredit pas les lois de la Physique. Peu importe l’énergie, la matière, le temps et le coût demandés, un jour viendra où l’humanité sera prête.