Un moteur de propulsion électrique électrostatique qui produit de la poussée en ionisant un propergol, en extrayant les ions à travers un réseau de grilles ou électrodes chargées et en les accélérant à de grandes vitesses d'éjection pour générer de la quantité de mouvement, fournissant typiquement une impulsion spécifique très élevée et une faible poussée.

Principe

Créer et confiner un plasma ionisé, extraire des ions positifs par des différences de potentiel électrostatique entre des grilles (ou systèmes d'électrodes) et les accélérer à grande vitesse ; neutraliser le faisceau d'ions en aval pour éviter la charge du véhicule et gérer l'érosion des grilles comme contrainte principale de durée de vie.

Démonstration

Un exemple canonique est un moteur ionique à grilles utilisant du xénon produisant des poussées de l'ordre du micro- au milli-newton avec des vitesses d'éjection de plusieurs dizaines de km/s, employé sur des missions interplanétaires pour façonner des trajectoires de longue durée et fournir une efficacité delta-v élevée lorsque la puissance permet un fonctionnement continu pendant des semaines à des années.

Mauvaise application

S'attendre à ce que les moteurs ioniques remplacent des moteurs chimiques à forte poussée pour des manœuvres critiques en temps, ou les faire fonctionner sans neutraliseur efficace et alignement du faisceau, entraînant une charge du véhicule ou contamination du panache ; ces mauvais usages provoquent des modes de défaillance de mission et une érosion excessive des grilles.

Conséquence

Correctement employés, les propulseurs ioniques offrent une économie exceptionnelle de propergol (Isp élevée) et permettent des missions nécessitant un grand delta-v cumulatif avec une masse de propergol minimale, autorisant un maintien de position prolongé, des transferts orbitaux lents mais efficaces et des trajectoires interplanétaires ambitieuses.

Inversion

Un propulseur Hall ou une fusée chimique inverse des aspects clés : les propulseurs Hall utilisent E×B pour maintenir l'ionisation avec d'autres compromis poussée/Isp et mécanismes d'érosion, tandis que les fusées chimiques fournissent une poussée instantanée élevée à faible Isp et avec une masse de propergol supérieure.

Limite

Fonctionne dans le vide et nécessite un conditionnement de haute tension et des neutraliseurs ; l'érosion des grilles ou électrodes, les limites d'isolation haute tension et la nécessité de propergols appropriés (gaz nobles comme le xénon ou alternatives) définissent les limites opérationnelles ; inadapté pour la propulsion atmosphérique ou de lancement.

Tension sémantique

Le terme « moteur ionique » est parfois employé de manière vague pour désigner toute propulsion électrique ; ici il désigne spécifiquement des accélérateurs électrostatiques à grilles, qui doivent être distingués des propulseurs Hall, MPD et des dispositifs électrothermiques par leur mécanisme d'accélération, les propriétés du panache et les facteurs limitant la durée de vie.

Synthèse

Un propulseur ionique est un accélérateur électrostatique à grilles qui échange une vitesse d'éjection très élevée et une grande efficacité de propergol contre une poussée faible, nécessitant de longs temps de fonctionnement et une gestion attentive de la neutralisation et de l'érosion des grilles pour tirer parti des avantages en mission.