Le moteur plasmique d'Elwing

La société Elwing (USA) développe un moteur plasmique assez intéressant, qui présente quelques similitudes avec le VASIMIR du point de vue des performances.

http://www.elwingcorp.com

[1] http://www.elwingcorp.com/files/ISPC04-article.pdf
[2] http://www.elwingcorp.com/files/ISPC04-slides.pdf
[3] http://www.elwingcorp.com/files/IEPC05-article.pdf
[4] http://www.elwingcorp.com/files/JPC05-article.pdf
[5] http://www.elwingcorp.com/files/JPC05-slides.pdf

Principe :
les ions et les électrons d'un plasma sont accélérés par une force dérivant des gradients de densité d'énergie électromagnétique créés par une source micro-ondes dans une cavité résonante et un champ magnétique statique. Les électrons étant plus légers que les ions subissent une accélération plus importante, ce qui crée un champ électrique secondaire qui tire les ions positifs et assure donc l'accélération de la totalité du plasma.
Schéma de principe : voir [3], fig 3, et [5]

Avantages :
- pas d'électrodes, donc pas de problème d'érosion
- densité de poussée beaucoup plus importante que les moteurs plasmiques à électrodes (moteur Hall, ionique à grille...)
- poussée/impulsion spécifique variable
- fonctionne avec des fluides propulsifs variés, même chimiquement agressifs
- accélération d'un plasma neutre -> pas de neutraliseur comme sur les moteurs Hall ou à grille
- théoriquement, régimes avec rendement supérieur à 90% !

Le moteur d'Elwing présente des avantages communs avec le VASIMR mais est plus simple, et en particulier ne nécessite pas de tuyère magnétique pour déplier la trajectoire des particules. Il est également possible de faire varier la direction de la poussée sans mouvement mécanique, en contrôlant la topographie du champ magnétique.
Le développement porte sur un moteur de 20 kW, donc pour des sondes et satellites, les auteurs sont assez prudents sur l'extrapolation à des puissances supérieures (ce qui est plutôt un signe de sérieux), mais les problèmes pointés semblent a priori gérables, et je ne vois pas vraiment ce qui empêcherait de viser des niveaux de puissance équivalents au VASIMR théoriquement, donc des MW, compatible avec la propulsion d'un vaisseau habité.

Les vitesses d'éjection visées sont de quelques dizaines de km/s (Isp de quelques milliers de secondes), mais il serait possible de monter jusqu'à 1000 km/s avec de l'hydrogène et cette valeur ne semble pas être une limite fondamentale...
D'autant plus que le principe physique utilisé est exploité dans les accélérateurs de particules pour accélérer des particules pratiquement à la vitesse de la lumière.

Commentaire "pédagogique" pour étudiants/élèves ingénieurs (et toute autre personne intéressée par la physique évidemment) : indépendamment de l'astronautique, l'étude détaillée du fonctionnement des moteurs plasmiques en général est un excellent exercice de compréhension de l'électromagnétisme et de la physique des plasmas. D'ailleurs, je viens de voir par hasard qu'un sujet de concours d'entrée à l'X était une étude assez complète du moteur à effet Hall, présenté dans une autre discussion de ce forum.
L'étude du moteur d'Elwing peut être un prétexte pour présenter une application de la force pondéromotrice. Le document [4] explicite (page 5, formule 10) la décomposition du potentiel pondéromoteur et l'intérêt du champ magnétique statique superposé au champ micro-onde, quand la fréquence cyclotron des électrons est supérieure à la fréquence du champ micro-ondes...

C'était un peu de matière à penser pour peut-être éviter que dans 20 ou 30 ans, ce soit les américains seuls qui écument le système solaire avec toutes sortes d'engins de science-fiction pendant que l'astronautique européenne s'endort tranquillement sur ses techniques "éprouvées" préhistoriques (Tiens, on n'a plus eu de nouvelles du DS4G de l'ESA, même pas un rapport...)

Voilà, j'arrête de vous ennuyer jusqu'en janvier, bonnes vacances :D

Perso.. tu ne m'ennuis pas du tout, je trouve cela interressant :cheers: même si je suis un peu larguer! :lol!:

Apolloman a écrit:Perso.. tu ne m'ennuis pas du tout, je trouve cela interressant :cheers: même si je suis un peu larguer! :lol!:

Idem :(

Souvent (toujours) largué.

Même si j'ai toujours hate de lire les reponses que vous vous faites (Argyre, lambda0, Henry, Giwa, ...), j'ai pas le niveau pour intervenir !

Apolloman a écrit:Perso.. tu ne m'ennuis pas du tout, je trouve cela interressant :cheers: même si je suis un peu larguer! :lol!:

doublemexpress a écrit:
Idem :(
Souvent (toujours) largué.
Même si j'ai toujours hate de lire les reponses que vous vous faites (Argyre, lambda0, Henry, Giwa, ...), j'ai pas le niveau pour intervenir !

C'est pour exciter la curiosité et inciter à reprendre des études scientifiques et techniques. Même si vous avez une activité professionnelle qui n'a rien à voir, et toutes sortes d'obligations par ailleurs, en y passant seulement une ou deux heures par semaine, sans être sous pression comme un étudiant, mais en disposant de 5 ans, 10 ans, 15 ans,... j'ai déjà vu des autodidactes arriver à un excellent niveau, même dans des domaines assez différents de leur formation initiale.
De plus, celà peut bien servir dans des domaines qui n'ont a priori rien à voir avec l'astronautique.

Et on peut toujours intervenir en posant des questions...
(bon, ici, je ne pourrais pas répondre maintenant parce que je m'en vais ce soir)

A+

lambda0 a écrit:

Apolloman a écrit:Perso.. tu ne m'ennuis pas du tout, je trouve cela interressant :cheers: même si je suis un peu larguer! :lol!:

doublemexpress a écrit:
Idem :(
Souvent (toujours) largué.
Même si j'ai toujours hate de lire les reponses que vous vous faites (Argyre, lambda0, Henry, Giwa, ...), j'ai pas le niveau pour intervenir !

C'est pour exciter la curiosité et inciter à reprendre des études scientifiques et techniques. Même si vous avez une activité professionnelle qui n'a rien à voir, et toutes sortes d'obligations par ailleurs, en y passant seulement une ou deux heures par semaine, sans être sous pression comme un étudiant, mais en disposant de 5 ans, 10 ans, 15 ans,... j'ai déjà vu des autodidactes arriver à un excellent niveau, même dans des domaines assez différents de leur formation initiale.
De plus, celà peut bien servir dans des domaines qui n'ont a priori rien à voir avec l'astronautique.

Et on peut toujours intervenir en posant des questions...
(bon, ici, je ne pourrais pas répondre maintenant parce que je m'en vais ce soir)

A+

Moi qui ais toujours essayer de faire mon trou dans l'astronautique par mon boulot (soudeur TIG alu) le plus proche que j'ai pus faire c'est une passerelle d'accés pour une salle blanche (Alcatel, Cannes) et une passerelle (d'intérieure) ultra légère pour se mouvoir dans les réservoirs d'Ariane V (aux Mureaux) :lol!:

Apolloman a écrit:je suis un peu larguer!

cf leçon 1) du cours d'orthographe

Il me semble qu'il s'agit du "electric double layer" qui est aussi étudié par l'ESA en association avec "the australian national university"

http://prl.anu.edu.au/020research/130SP3/020research/HDLT/background/doublelayer
http://prl.anu.edu.au/020research/130SP3/020research/HDLT/background/howhdltworks
http://prl.anu.edu.au/020research/130SP3/020research/HDLT/background/background
http://www.esa.int/gsp/ACT/propulsion/helicon_double_layer.htm

à+

Space Opera a écrit:

Apolloman a écrit:je suis un peu larguer!

cf leçon 1) du cours d'orthographe

Ouups..

Et y en a d'autres

Apolloman a écrit:Que je ne citerais pas :!:

C'est le lot de tout le monde, je crois

EDIT : auto censure :!: :!: :!: :!: :!: :!:

tu veux pas devenir le correcteur perso de mon site???

Apollo,

mille excuses si je t'ai "choqué" :|

C'est, comme je l'ai écrit, le lot de tout le monde, malheureusement !


Et malheureusement pour nos gosses qui savent plus écrire ! ! ! !


Et pour le site, pas de prob'. Chaque fois que je vais sur un site et que j'y vois de truc qui me heurte, tant orthographe que autres, je fais un petit mot au proprio (ou Webmaster). C'est logique !

Comme on se le dit en MP, en janvier, avec plaisir !

doublemexpress a écrit:Comme on se le dit en MP, en janvier, avec plaisir !

Ok, merci bien :D

Bon et bien pour mon 1er post, je vais m'attarder sur ce système de propulsion que je trouve très intéressant même si c'est (pour l'instant) largement au-dessus de mon niveau
En effet d'après ce que j'ai lus dans cet article et ce que j'ai pu comprendre des documents pdf (l'anglais en soi ça va mais le language scientifique...) j'ai pû constater une certaine ressemblance avec le VASIMR bien que celui me parraisse plus souple.
Mais j'aimerai avoir un petit renseignement, lors de mes recherches pour mon TPE, j'ai trouvé des informations sur un nouveau système de propulsion plasmique. D'après ce que j'ai compris, une propulsion plasmique dite "classique" nécessite un traitement des ions car seul les ions négatifs (ou positifs je ne me souviens plus) sont utilisables. Ce traitement des ions nécessitait un temps supplémentaire ainsi qu'un apport d'énergie. Seulement, sur un site (je ne me souviens plus de l'adresse exacte mais je promets de la retrouver), j'ai vus un article qui parlait d'un prototype de propulsion plasmique qui était capable d'utiliser les deux types d'ions ce qui permettait d'obtenir un gain de temps, un gain d'énergie mais surtout un gain de puissance.

Bienvenue à toi ! ! ! ! !

Et, sans être indiscret, l'Avatar ce serait pas une photo du touriste recalé : Daisuke Enamoto

Amitiés :blbl:

lambda0 a écrit:La société Elwing (USA) développe un moteur plasmique assez intéressant, qui présente quelques similitudes avec le VASIMIR du point de vue des performances.

Voilà, j'arrête de vous ennuyer jusqu'en janvier, bonnes vacances :D

:) Heureusement que le sujet du moteur d'Elwing a été relancé car j'étais passé à côté: sans doute la proximité des fêtes de fin d'année 2006 .

Pas ennuyeux du tout ;) et même très intéressant ce concept avec des poussées qui ne se limitent plus aux mN et peut dépasser le newton...et sans usure d'électrodes ou de grille.
Souhaitons que ce projet se développe et aboutisse à des premières réalisations sur des satellites ou des sondes. En attendant des voyages habités vers Mars, on peut toujours rêver à de tels moteurs pour maintenir l’ ISS en orbite sans être obliger de la booster aussi fréquemment.
Cordialement,
Giwa

l'Avatar ce serait pas une photo du touriste recalé : Daisuke Enamoto

Non désolé, il s'agit bien d'un Daisuke mais ce n'est pas le bon.
Mon avatar est Andô Daisuke, guitariste du groupe de Visual Kei (rock japonais) Dir en grey. Perso je trouve qu'il a trop la classe :bave: :amour: ...non non, je ne suis pas gay, seulement fan^^

Pour en revenir au sujet de notre topic, quelqu'un pourrait-il m'éclairer au niveau de ma question?

Merci d'avance.Die-Sama

Die-Sama a écrit:
Pour en revenir au sujet de notre topic, quelqu'un pourrait-il m'éclairer au niveau de ma question?

Merci d'avance.Die-Sama

Salut

C'est à dire qu'on ne voit pas vraiment la question, ça reste assez vague, le mieux serait de retrouver ce site.
Tentative d'explication, sans être sûr que c'est de celà dont tu parles : dans ces propulsions électriques, il faut de toute façon toujours de l'énergie pour ioniser les atomes, leur arracher un électron, ce qui produit des ions positifs qu'on peut ensuite manipuler par un champ électrique, magnétique, ou les deux. Ce qui diffère selon les moteurs est le sort des électrons :
- dans un moteur ionique à grille, les ions et les électrons sont séparés. Les ions positifs sont accélérés entre deux grilles entre lesquelles existent une différence de potentiel
- dans d'autres moteurs, comme le VASIMR, ou ici le moteur d'Elwing, les électrons sont également arrachés aux atomes, mais restent mélangés aux ions et forment une sorte de soupe appelée plasma : un gaz ionisé, qu'on peut également manipuler par des champs électromagnétiques

Dans le premier cas, on parle plutôt de moteur ionique, dans le second, de moteur plasmique, mais la terminologie varie d'un auteur à l'autre, et certains parlent de moteur ionique dans les deux cas.
Un gros inconvénient des moteurs dans lesquels charges positives (ions) et négatives (électrons) sont séparés est que celà limite la densité de poussée : entre les grilles d'un moteur à grille, il n'y a que des ions positifs qui ont tendance à se repousser, ce qui fait diverger le faisceau. Pour éviter celà, la densité doit rester faible, et donc la poussée reste faible aussi (pas plus de quelques N/m² au mieux).
Par contre, les moteurs plasmiques accélérant globalement les ions et les électrons n'ont pas ce type de limitation, parce que le plasma reste globalement électriquement neutre, ce qui permet d'obtenir une poussée par unité de surface bien plus importante.
Les moteurs ioniques à grille fonctionnent à des puissances de quelques kW à quelques dizaines de kW typiquement, alors que certains moteurs à plasma neutre ont déjà été poussés à des puissances de plusieurs mégawatts en laboratoire.

A+

Je vais essayé de vous retrouver se site.
Sinon, je ne sais pas vraiment si cela répond à ma question (je suis un novice) ou pas mais en tout cas, cela reste intéressant.
Je tiens donc à te remercier d'avoir au moins tenté de m'apporter une réponse. :up8:

Après avoir un peu survolé la littérature sur les forces pondéromotrices, il semble qu'elles ne soient notables que dans les forts gradients de champs rencontrés dans les expériences de confinement inertiel d'un plasma par des faisceaux laser pour des expériences de fusion thermonucléaires controlées.
A l'attention de lambda0, t'es tu penché sur les équations de :
http://www.elwingcorp.com/files/JPC05-article.pdf
en pages 4 & 5, au cas où l'auteur serait un peu trop optimiste...

Henri a écrit:Après avoir un peu survolé la littérature sur les forces pondéromotrices, il semble qu'elles ne soient notables que dans les forts gradients de champs rencontrés dans les expériences de confinement inertiel d'un plasma par des faisceaux laser pour des expériences de fusion thermonucléaires controlées.
A l'attention de lambda0, t'es tu penché sur les équations de :
http://www.elwingcorp.com/files/JPC05-article.pdf
en pages 4 & 5, au cas où l'auteur serait un peu trop optimiste...

Ca dépend, ça dépend...
On arrive maintenant à faire des laser femto qui tiennent sur une table et qui peuvent produire le gradient requis.
Voici un exemple d'application récente :
http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3633
En fait, c'est un peu (et même beaucoup) plus compliqué, et pas sûr que ce soit la force pondéromotrice qui soit prépondérante dans le cas de cet accélérateur. Voir en page 22 :
http://perso.orange.fr/en-vrac/These/These_YannickGlinec_final.pdf
D'un autre côté, dans le cas du moteur d'Elwing, on ne cherche pas à accélérer les particules à des vitesses relativistes, on n'a donc pas besoin d'un potentiel aussi élevé, donc peut-être pas besoin d'un laser.
Je vais voir si je trouve un peu plus de données pour faire l'application numérique.

A+