Les chercheurs du WVU explorent des sources alternatives pour les systèmes de propulsion spatiale

Ripu Singh Nirwan, étudiant diplômé de l'Université de Virginie occidentale, et Thomas Steinberger, professeur adjoint de recherche au WVU Eberly College of Arts and Sciences, effectuent l'alignement initial d'un nouveau laser nanoseconde pulsé, qui jouera un rôle dans un projet financé par la NASA qui testera des alternatives sources de carburant pour les systèmes de propulsion spatiale. (Photo WVU/Nathaniel Godwin)

Les satellites et les engins spatiaux fonctionnent à vide en raison d’une pénurie mondiale de carburants de propulsion traditionnels. En réponse, deux chercheurs de l’Université de Virginie occidentale recherchent d’autres moyens d’alimenter les propulseurs qui maintiennent les satellites en orbite et pourraient potentiellement propulser les vaisseaux spatiaux lointains.

Earl Scime, professeur Oleg D. Jefimenko de physique et d'astronomie, et Thomas Steinberger, professeur adjoint de recherche, tous deux au WVU Eberly College of Arts and Sciences, ont reçu une subvention de 748 000 $ du programme établi de la NASA pour stimuler la recherche compétitive pour explorer les systèmes de propulsion. qui ne dépendent pas des sources de carburant traditionnelles.

EPSCoR encourage des États comme la Virginie occidentale à rechercher un financement fédéral pour développer des infrastructures qui les rendent compétitifs pour un financement futur. Scime a déclaré que lui et Steinberger saisissaient cette opportunité pour jeter les bases de la conduite d'expériences sur des propulseurs à plasma. Les propulseurs à plasma sont utilisés pour maintenir les satellites en orbite sur leur bonne trajectoire, effectuer des changements d'orbite et corriger l'attitude d'un vaisseau spatial.

Il y a des années, les propulseurs des engins spatiaux étaient alimentés par de l’hydrazine, une source propulsive toxique et inflammable. Aujourd'hui, la plupart sont propulsés par un propulseur à plasma utilisant du xénon, un gaz inerte extrait de l'atmosphère terrestre.

"C'est un processus coûteux", a déclaré Scime. «C'est généralement un sous-produit de la fabrication de l'acier, et l'une des plus grandes usines de distillation au monde pour la production de xénon se trouve à Marioupol, en Ukraine, qui a été détruite. Une grande partie des réserves mondiales de xénon s'est tarie et elles sont très rares.»

Une alternative au xénon est le krypton, même s'il est également difficile à trouver, car il est également produit en Ukraine. De plus, une grande partie a été achetée sur le marché libre par SpaceX pour ses satellites Starlink. Le krypton étant devenu rare, Starlink est passé à l'argon.

"La dépendance aux gaz rares rares pour la propulsion des engins spatiaux est devenue un réel problème", a déclaré Scime.

À cette fin, lui et Steinberger étudient l’iode – qui se présente sous forme solide – comme carburant alternatif.

"Cela présente d'énormes avantages", a déclaré Steinberger. « Vous pouvez le ranger dans un petit volume dans un vaisseau spatial. Vous n'avez pas besoin de réservoirs haute pression ni de manipulation de gaz. Il y a quelques années, nous nous sommes intéressés à l'iode, nous avons acheté des appareils pour fabriquer des plasmas d'iode auprès de l'US Air Force et nous avons développé un diagnostic pour mesurer le flux d'ions iode. Nous nous tournons maintenant vers la prochaine étape.

L'équipe de Scime a été pionnière en spectroscopie laser sur les plasmas d'iode et a développé la première méthode au monde pour mesurer la vitesse de l'iode ionisé sortant d'un propulseur.

"Nous avons proposé à la NASA de tester ici des propulseurs à base d'iode en utilisant nos techniques laser, afin que les gens puissent mieux caractériser les propulseurs à iode", a-t-il déclaré.

Parce que l'iode est salissant et peut causer des problèmes respiratoires dans les grandes chambres d'essai, Scime et Steinberger vont construire une chambre plus petite et plus simple pour développer et perfectionner la technologie de diagnostic des propulseurs ioniques qui pourrait ensuite être transférée dans des installations plus grandes.

Alors que l’équipe en est aux premières phases du projet de trois ans, elle envisage de jouer un rôle dans le développement de moyens de mesurer si un propulseur fonctionne bien.

"Nous construisons des propulseurs à base d'iode", a déclaré Scime. « Ainsi, dans 20 ans, nous nous attendons à voir de nombreux systèmes de propulsion à iode sur les satellites, et peut-être même lors de missions de longue durée vers Mars. Espérons que ce type de propulseurs soit largement utilisé. Et nous ferions partie du processus visant à les faire fonctionner correctement.

Aucun autre groupe ne mène de spectroscopie laser sur l'iode ionisé, bien que nombreux soient ceux qui poursuivent des recherches basées sur les travaux de Scime et Steinberger.