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Mission Psyché : des propulseurs à effet Hall dans l’espace profond

Propulseur à effet Hall au xénon de 6 kW du Jet Propulsion Laboratory. Crédits : Jet Propulsion Laboratory

En orbite autour du Soleil entre Mars et Jupiter, l’astéroïde Psyché va bientôt recevoir de la visite. Pour ce faire, la NASA va s’appuyer sur des propulseurs à effet Hall. Une première dans l’espace profond. La rencontre est prévue pour 2026.

Dans la ceinture d’astéroïdes se trouve un astéroïde nommé 16-Psyché. Avec ses 220 kilomètres de diamètre, l’objet se caractérise par sa composition : du fer et du nickel exclusivement. S’il représente accessoirement une véritable mine d’or (la valeur de ses métaux s’élèverait à 10 000 quadrillions de dollars), ce corps intéresse davantage la NASA pour son histoire.

Psyché présente en effet deux particularités. D’une part, il pourrait être le cadavre d’une ancienne planète semblable à Mars. D’autre part, la NASA n’a jusqu’à présent jamais eu l’occasion d’étudier un objet qui ne soit composé ni de pierre ni de glace.

Si tout se passe comme prévu, cette mission très attendue devrait quitter la Terre en août 2022, propulsée par une fusée Falcon 9, pour arriver sur place en 2026, bien aidée par la force gravitationnelle de Mars… Mais pas que.

Une fois livré dans l’espace, le vaisseau utilisera en effet un moyen de propulsion innovant connu sous le nom de propulseurs à effet Hall. Il s’agira d’une première dans l’espace lointain. Sans cette technologie, la mission Psyché n’aurait d’ailleurs probablement jamais pu voir le jour.

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L’astéroïde Psyché 16. Crédits : ASU Peter Rubin / Wikipédia

Propulseurs à effet Hall

Les moteurs propulsés par propulsion chimique sont parfaits pour faire extraire les fusées du puits gravitationnel de la Terre. Toutefois, ces moteurs ne sont pas les machines les plus économes en carburant. C’est pourquoi nos vaisseaux se déplacent grâce à d’autres moyens une fois dans l’espace.

L’un d’eux est la propulsion électrique qui s’appuie sur des panneaux solaires pour capturer l’énergie du Soleil qui à son tour ionise et accélère un gaz pour produire une poussée régulière. La NASA expérimente cette approche depuis un certain temps, notamment avec sa mission Deep Space 1, lancée en 1998, puis avec sa mission Dawn, en 2007, qui a visité Vesta et Ceres dans la ceinture d’astéroïdes.

Ces engins spatiaux utilisaient ici des propulseurs ioniques. Avec cette approche, un gaz (xénon) est injecté dans une chambre avant d’être bombardé par des électrons pour être ionisé. Vous obtenez alors un plasma. Ces ions sont ensuite éjectés à très haute vitesse par le champ électrique, permettant la poussée. Pour générer ce champ électrique, ces propulseurs utilisent deux grilles polarisées.

Les propulseurs à effet Hall diffèrent quant à eux dans la façon de générer ce champ électrique. Ici, la technologie s’appuie sur la combinaison d’un champ magnétique et d’une différence de potentiel électrostatique entre une anode et une cathode.

De nos jours, de nombreux satellites en orbite s’appuient sur des propulseurs à effet Hall pour maintenir le cap. Ce que propose aujourd’hui la NASA, c’est d’utiliser ce type de propulsion dans l’espace lointain qui constitue un environnement différent. En effet, plus on s’éloigne du Soleil, moins on génère d’énergie à partir des panneaux solaires. Il y a aussi la question de savoir si nous pouvons maintenir ces propulseurs en impulsions aussi longtemps.

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Le châssis de Psyché livré au JPL fin mars 2021. Crédits : NASA / JPL-Caltech

Une mission “abordable”

Si la NASA avait tenté de développer sa mission Psyché avec une propulsion chimique, celle-ci aurait nécessité environ cinq fois plus de carburant. Cette masse aurait rendu la sonde encore plus grande que Cassini, en orbite dans le système de Saturne de 2004 à 2017.

Pour information, cette mission a coûté environ quatre milliards de dollars, le genre de budget que la NASA réserve uniquement aux missions “prioritaires”. Or, la mission Psyché n’en est pas une.

Grâce à ces propulseurs à effet Hall, les ingénieurs ont finalement pu concevoir un vaisseau spatial plus petit, donc plus abordable (moins d’un milliard de dollars). C’est pourquoi elle pourra être lancée sans problème.