Outre la propulsion à ergols liquides et la propulsion à propergols solides, il existe une troisième voie plus exotique. Il s'agit de la propulsion ionique ou plasmatique. La très faible puissance dégagée par ce type de moteur ne permet qu'une utilisation extra-atmosphérique. Toutefois, elle présente plusieurs avantages.
Les moteurs ioniques ont une vitesse d'éjection qui est dix fois supérieure à ce qui ce fait actuellement avec des moteurs classiques. Le temps de fonctionnement de ce type de moteur est inégalable à ce jour, tout comme la consommation. A titre d'exemple, la sonde européenne SMART 1 emportait une réserve de 80 kg de Xénon, de quoi faire fonctionner son moteur durant... 5 000 heures ! L'impulsion spécifique du moteur est incomparable puisqu'elle est quatre fois supérieure à ce qui se fait de mieux avec des ergols classiques. A tout avantage, il y a des inconvénients. L'inconvénient majeur du moteur ionique est la puissance dégagée. A l'heure actuelle, la poussée d'un tel moteur n'est que de quelques grammes. Seuls les satellites sur orbite peuvent l'utiliser, notamment pour rejoindre l'orbite visée ou se déplacer dans le système solaire, mais il faut être très patient. A titre d'exemple, une mission Apollo mettait entre 3 et 4 jours pour rejoindre la Lune, contre 14 mois pour la sonde SMART 1.
Il existe plusieurs modèles de moteurs ioniques. On peut citer les moteurs ioniques à grilles (utilisé sur la sonde Deep-Space 1) à Effet Hall (utilisé sur la sonde SMART-1) ou encore le VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasme).
Le principe de fonctionnement d'un moteur ionique est assez simple en soi. Un gaz neutre, le Xénon par exemple, est bombardé par des électrons émis par une cathode creuse suivant un processus appelé émission thermoionique. La collision entre l'électron de haute énergie (charge négative) et le gaz neutre (charge neutre) produit des ions positifs et des électrons négatifs dans des proportions qui ne permettent pas d'obtenir une charge électrique globale. C'est ce qu'on appelle un plasma.
Les ions chargés positivement migrent vers des grilles qui contiennent des milliers de trous très précisément alignés à l'extrémité arrière du propulseur d'ions. La première grille est l'électrode chargée positivement tandis que la seconde est chargée négativement. Lorsque les ions passent entre les grilles, ils sont accélérés à des vitesses très élevées (jusqu'à 145 000 km/h).
Les ions chargés positivement sont accélérés hors du propulseur sous la forme d'un faisceau d'ions, produisant une poussée. A hauteur du faisceau, une autre cathode creuse expulse une quantité égale d'électrons pour rendre neutre la charge totale du faisceau d'échappement. Sans lui, les ions resteraient collés à la grille, provoquant une érosion.
L'ergol le plus couramment utilise dans la propulsion ionique est le Xénon, qui est facilement ionisé et possède une masse atomique élevée, générant ainsi un niveau de poussée souhaitable lorsque les ions sont accélérés. Il est également inerte et possède une densité de stockage élevée.
Principe de fonctionnement d'un moteur ionique - Vidéo NASA
Sources
