Une famille de technologies de propulsion spatiale qui utilisent de l'énergie électrique pour accélérer un propergol (ions, plasma ou gaz neutre) afin de produire de la poussée, offrant une impulsion spécifique bien supérieure à celle des moteurs chimiques au prix d'une poussée instantanée plus faible.

Principe

Utiliser une puissance électrique (panneaux solaires, source nucléaire ou batteries) pour ioniser, chauffer ou accélérer électromagnétiquement un fluide de travail et l'éjecter à grande vitesse d'échappement ; arbitrer entre impulsion spécifique (Isp) et masse de propergol en fonction de la puissance embarquée disponible et du profil de poussée requis.

Démonstration

Exemples : propulseurs à effet Hall et moteurs ioniques à grilles utilisant du xénon pour le maintien de position et l'élévation d'orbite des satellites de télécommunications, ainsi que propulseurs magnétohydrodynamiques ou électrothermiques testés pour des missions interplanétaires à forte puissance.

Mauvaise application

Choisir la propulsion électrique pour des phases de mission nécessitant une forte poussée en court laps de temps (par ex. ascension atmosphérique ou transfert orbital massif immédiat) ou omettre la prise en compte de la puissance, du rejet thermique et des contraintes de fonctionnement en combustion longue ; cela entraîne des délais de manœuvre non tenus ou une surcharge du système électrique.

Conséquence

Lorsqu'elle est correctement adaptée aux contraintes de puissance et de calendrier de la mission, la propulsion électrique réduit radicalement la masse de propergol et augmente la capacité delta-v de la mission, permettant une durée de vie opérationnelle plus longue, une plus grande fraction de charge utile ou des trajectoires interplanétaires plus ambitieuses.

Inversion

La propulsion chimique inverse le compromis : poussée élevée mais faible Isp et masse de propergol supérieure, permettant des manœuvres de courte durée mais pénalisant le delta-v total et le bilan de masse de la mission par rapport aux options électriques pour une même énergie fournie.

Limite

S'applique lorsque la puissance électrique est disponible et que des développements de poussée de longue durée sont acceptables ; exclut les propulseurs purement chimiques et les systèmes à gas froid par mécanisme et usage, et n'est généralement pas adapté au vol atmosphérique ou aux phases de lancement à cause du faible rapport poussée/masse aux niveaux de puissance typiques des engins spatiaux.

Tension sémantique

Il existe une tension entre « propulsion électrique » en tant que catégorie large (incluant dispositifs électrostatiques, électromagnétiques et électrothermiques) et des dénominations plus restreintes (par ex. « moteur ionique ») — le terme peut masquer des différences importantes de niveau de poussée, durée de vie et interactions de panache.

Synthèse

La propulsion électrique rassemble des dispositifs pilotés par énergie électrique qui convertissent cette énergie en énergie cinétique du propergol expulsé pour obtenir une forte impulsion spécifique et une grande efficacité massique ; l'avantage pour la mission dépend de l'équilibre entre puissance disponible, profil de poussée requis et durées de fonctionnement acceptables.