Dans le cadre du projet européen HIPER (HIgh-Power Electric propulsion: a Roadmap for the future – lire mon billet du 3 décembre 2008), les équipes du CNRS et de la Snecma avaient pour objectif principal de développer, construire et tester un propulseur à effet Hall de 20 kW de puissance nominale capable de délivrer 1 N de poussée.
L’objectif a été atteint cette semaine à l’ICARE.
Le propulseur Snecma-CNRS PPS-20k ML a été mise à feu mercredi dernier dans le moyen d’essais national Pivoine-2g de l’ICARE. Le démarrage s’est effectué sans aucun problème. S’en est suivit une période de dégazage à faible puissance de plusieurs heures afin de mettre le propulseur dans des conditions optimales pour les essais. La fin de la semaine a été consacrée à un balayage (tension, débit, champ magnétique) de la partie basse de l’enveloppe de fonctionnement du PPS-20k ML. Les premières mesures en xénon indiquent un rendement de poussée anodique supérieur à 50 % à basse puissance (< 3kW). Une telle valeur loin du point nominal (20 kW) avait été prédite par notre équipe. Elle est liée au rapport surface sur volume de la chambre à décharge. Les expériences en cours devraient valider notre hypothèse selon laquelle la plage de fonctionnement d’un PEH augmente avec la taille. Au cours des semaines à venir, la puissance du PPS-20k ML va progressivement être amenée au-delà des 10 kW avec quelques tests au dessus de 15 kW. Cette première campagne est d’abord destinée à vérifier le comportement à forte puissance de l’ensemble et à déterminer la poussée et le rendement pour un nombre restreint de conditions de tir.
Les premiers résultats des essais – il s’agit du propulseur à effet Hall le plus puissant jamais fabriqué et testé en Europe – seront présentés au mois de septembre au congrès International Electric Propulsion Conference qui se déroulera à Wiesbaden en Allemagne.
L’équipe de recherche PE de l’ICARE a travaillé en particulier sur la géométrie, le dimensionnement et l’architecture du propulseur PPS-20k ML. La réalisation du propulseur et les essais dans le banc Pivoine-2g (qui ont nécessité la construction d’une balance de poussée dédiée) ont été supervisés par l’équipe Pivoine de l’ICARE.
Les propulseurs à effet Hall actuellement en service sur les satellites géostationnaires de télécommunication ont une puissance nominale de l’ordre de 1,5 kW. Ils délivrent environ 100 mN de poussée ; cette force est suffisante pour le maintient à poste et le contrôle d’attitude de la plateforme. Des propulseurs de 5 kW, tel le PPS®5000 de la Snecma, devraient prochainement faire leur apparition sur le marché. En plus du contrôle de trajectoire et d’orientation, ils permettent de réaliser la phase finale du transfert d’orbite.
Un propulseur de 20 kW susceptible de délivrer 1 N représente une alternative avantageuse aux moteurs chimiques pour i) le transfert d’orbite de satcom et ii) la propulsion de sondes interplanétaires robotisées.
L’image ci-dessus est une vue 3D du propulseur à effet Hall PPS-20k ML (design préliminaire présenté au congrès Space Propulsion 2011). La cathode est située au centre du système propulsif.