VASIMR - Le moteur plasmique

Steph a écrit:Quelques détails de ce que pourraient être les essais du moteur sur l'ISS dans un communiqué de presse de Ad-Astra.
Les premières poussées devraient être limitées à 10 minutes, avec une puissance pouvant aller jusqu'à 200 kW, et le moteur devrait être alimenté par des batteries rechargées via les panneaux solaires de l'ISS.

http://www.adastrarocket.com/AdAstra-NASA_PR12Dec08.pdf

Super bonne nouvelle, mais je ne vois pas de date.

Skyboy a écrit:

Steph a écrit:Quelques détails de ce que pourraient être les essais du moteur sur l'ISS dans un communiqué de presse de Ad-Astra.
Les premières poussées devraient être limitées à 10 minutes, avec une puissance pouvant aller jusqu'à 200 kW, et le moteur devrait être alimenté par des batteries rechargées via les panneaux solaires de l'ISS.

http://www.adastrarocket.com/AdAstra-NASA_PR12Dec08.pdf

Super bonne nouvelle, mais je ne vois pas de date.

Ce sera un... Mardi ;) :megalol:

Je ne crois pas que la NASA puisse décider toute seule d'installer cela sur l'ISS.
Il doit falloir un agrément entre les partenaires.
Puis ensuite décider comment le payload monte (dans une capsule Dragon ??) , qui va l'installer (il faut un entrainement spécifique pour un tel boulot en EVA)

Donc avant d'avoir une date ....pour appuyer sur le bouton, il risque de se passer un peu de temps :suspect:

http://www.adastrarocket.com/AdAstra-NASA_PR12Dec08.pdf

" The agreement is structured in a series of “gates,”
designed to allow the parties to assess the
requirements on an incremental basis while
proceeding to flight. Upon the successful
achievement of the milestones set forth in the
agreement, NASA and Ad Astra envision that
VASIMR will be launched to the ISS where the
rocket can be tested, for the first time, in its intended
environment: the vacuum of outer space."

Il n’y a pas encore de date car celle-ci dépendra du franchissement de plusieurs étapes technologiques dans la mise au point de ce moteur plasmique.
C’est quant-même un accord capital car pour la première fois, il y a un premier projet précis dans cette collaboration entre la NASA et AD ASTRA : tester dans le vide de l’Espace sur l’ISS le moteur plasmique.

Je suis tout neuf dans ce forum, mais, je dois dire que depuis le temps que l'on utilise des propulseurs chimiques (presque un siècle avec Goddard et le savant russe des années 20 dont le nom commence par un "t", j'ai complètement oublié le nom), on va donc utiliser un nouveau propulseur pour de plus grandes masses. Il est vrai que le moteur ionique est utilisé, mais, il n'est pas adapté pour les "poids lourds". Donc, l'accord entre la NASA et l'entreprise est assez prometteur en effet.

Cernach a écrit:Je suis tout neuf dans ce forum, mais, je dois dire que depuis le temps que l'on utilise des propulseurs chimiques (presque un siècle avec Goddard et le savant russe des années 20 dont le nom commence par un "t", j'ai complètement oublié le nom), on va donc utiliser un nouveau propulseur pour de plus grandes masses.

En fait, non, on va garder les propulseurs chimiques pour le décollage. Ce n'est qu'en orbite qu'on peut utiliser un propulseur plus efficace, mais moins puissant.

A+,
Argyre

Oh, je vois. Mais dans le cas de vol en orbite ou à destination de planètes, le VASIMR est plus efficace dans sa poussée ou dans la durée de la poussée, vu que le réservoir se vide moins longtemps et est plus léger ?

Désolé de toutes ces questions, mais avec les termes techniques et tout les chiffres, c'est un peu... de l'Akkadien pour moi ;)

Cordialement.

Cernach a écrit:Oh, je vois. Mais dans le cas de vol en orbite ou à destination de planètes, le VASIMR est plus efficace dans sa poussée ou dans la durée de la poussée, vu que le réservoir se vide moins longtemps et est plus léger ?
Désolé de toutes ces questions, mais avec les termes techniques et tout les chiffres, c'est un peu... de l'Akkadien pour moi ;)
Cordialement.

La poussée est faible par rapport à des moteurs chimiques, mais bien plus longue, et permet d'atteindre des vitesses plus élevées (ou la même vitesse avec beaucoup moins de propulsif).

L'efficacité est contenue dans la formule de Tsiolkovski :
M = M0*exp(-dv/ve)
avec :
M0 = masse initiale du vaisseau, incluant masse sèche et masse du propulsif
dv = variation de vitesse
ve = vitesse d'éjection
M = masse finale
Si on inverse la formule :
dv = -ve*ln(M/M0)
On voit que pour un rapport de masse M/M0 fixé, la vitesse atteinte est proportionnelle à la vitesse d'éjection.
Ou inversément, plus la vitesse d'éjection est élevée, moins il faut emporter de propulsif pour atteindre une vitesse fixée.
Pour une propulsion chimique, ve=4.5 km/s au mieux
Pour le Vasimr, ve > 100 km/s (valeur atteinte en laboratoire avec de l'hydrogène), jusqu'à 300 km/s (en théorie).

Par contre, cette formule ne dit rien sur la poussée, qui détermine le temps nécessaire pour atteindre cette vitesse maximale, et qui dépend pour le Vasimr de la puissance électrique disponible.
Mais aucune source d'énergie électrique concevable (embarquée...) ne permettrait de fournir la puissance nécessaire à un décollage de la Terre. Le Vasimr, et toute autre propulsion plasmique, n'est utilisable que dans l'espace.

Nos bonnes vieilles fusées ont encore tout l'avenir devant elles pour ce qui est de s'arracher du plancher des vaches...

Euh.....

Pour un historien qui a l'habitude des vieilles pierres et des caravelles, si j'ai bien compris, plus la fusée est lourde, il faut du combustible pour alimenter le moteur pour arriver à une vitesse donnée.

Donc, pour le VASIMR, s'il atteint 100 K/S au minimum, cela signifie qu'il file à 360 000 km/h par rapport aux fusées classiques qui plafonneraient à 4,5 km/s, soit 16200, voire plus avec les forces gravitionnelles. Ainsi, la question est de savoir quel est le volume nécessaire du "carburant" pour atteindre la vitesse de 360 000 km/h ?

Désolé d'être lourd, mais, je dois dire que les formules mathématiques, cela fait dix ans que j'en ai oublié. ;)

Cependant, je comprends que pour s'arracher de la Terre, rien ne vaut la chimie qui fournit une puissance brute en peu de temps. C'est sur la durée que nous sommes donc heurtés quant aux longs voyages : pas de stations-services entre les planètes si on pressait le champignon ...
Merci !

Cernach a écrit:
...
Donc, pour le VASIMR, s'il atteint 100 K/S au minimum, cela signifie qu'il file à 360 000 km/h par rapport aux fusées classiques qui plafonneraient à 4,5 km/s, soit 16200, voire plus avec les forces gravitionnelles. Ainsi, la question est de savoir quel est le volume nécessaire du "carburant" pour atteindre la vitesse de 360 000 km/h ?

Désolé d'être lourd, mais, je dois dire que les formules mathématiques, cela fait dix ans que j'en ai oublié. ;)
...

Désolé pour ces formules barbares ;). C'était pour essayer de répondre de façon un peu quantitative.

Exemple :
on veut dv=50 km/s
Avec une propulsion chimique fournissant ve=4.5 km/s, on a :
M/M0 = exp(-50/4.5) = 0.000015 = 0.0015 %
La masse de propulsif devrait représenter 99.9985 % de la masse initiale du vaisseau (ce qui est en fait irréalisable, car les réservoirs et les moteurs ont aussi une masse, qui devrait tenir dans les 0.0015 % restants).
Par contre, avec une propulsion fournissant ve=100 km/s, on a :
M/M0 = exp(-50/100) = 0.6
La masse de propulsif ne représente plus que 40% de la masse du vaisseau.
Il reste donc 60 % pour les réservoirs, moteurs, ...et la charge utile.

D'où l'intérêt de systèmes comme le VASIMR.

A+

Donc, pour une vitesse accrue, on a un charge utile accrue en prime ! Au lieu d'acheminer des 2-3 tonnes pour mars, on peut en envoyer 20 pour un voyage de trois mois dans la plus optimiste des hypothèses. Je comprends mieux l'enthousiasme de la NASA sur ce moteur.

Par contre, il reste le problème de faire décoller toute cette masse... Merci de vos explications !

Scientific Magnetic Ltd vient de livrer à AARC l'aimant supraconducteur du VX-200. L'aimant a été testé avec succès à sa valeur maximale de 2T en environnement cryogénique à -268°C.
En attendant cette livraison (qui a quelques mois de retard il me semble), AARC a pu néanmoins avancer dans la mise au point du VX-200 en utilisant provisoirement un aimant refroidi par circulation d'eau.
L'intégration du nouvel aimant au VX-200 est prévue à la mi-mars.

http://www.adastrarocket.com/Release060309final.pdf
http://www.adastrarocket.com/News.html

Petit schéma pour rappeler où se trouve cet aimant et à quoi il sert :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Vasimr.jpg
http://www.adastrarocket.com/vasimr.html

Salut a tous,
comme je vous l'avais dit dans ma présentation, j'ai fait un TPE sur Mars et donc sur la propulsion électrothermique VASMIR. Et j'aimerais savoir, à propos du moteur VASMIR, qu'est-ce que l'antenne hélicon et l'antenne ICRH? Leurs signification? Leurs fonctions? SVP.

mastor11 a écrit:Salut a tous,
comme je vous l'avais dit dans ma présentation, j'ai fait un TPE sur Mars et donc sur la propulsion électrothermique VASMIR. Et j'aimerais savoir, à propos du moteur VASMIR, qu'est-ce que l'antenne hélicon et l'antenne ICRH? Leurs signification? Leurs fonctions? SVP.

Salut, et bienvenu par ici.

L'antenne helicon sert à produire le plasma en ionisant le flux gazeux au moyen d'une onde RF.
L'ICRH (pour Ion Cyclotron Resonance Heating) permet ensuite de chauffer le plasma provenant de l'étage d'ionisation. Les ions absorbent l'énergie d'une onde électromagnétique et gagnent de la vitesse, mais leur trajectoire s'enroule autour des lignes du champ magnétique qui sert à confiner le plasma.
La tuyère magnétique qui suit a pour fonction de déplier la trajectoire des particules, c'est à dire de transformer les trajectoires hélicoidales en trajectoires rectilignes, et ainsi produire la poussée.

Ces trois étapes sont illustrées sur la figure suivante :
http://www.adastrarocket.com/vasimr.html

lambda0 a écrit:

mastor11 a écrit:Salut a tous,
comme je vous l'avais dit dans ma présentation, j'ai fait un TPE sur Mars et donc sur la propulsion électrothermique VASMIR. Et j'aimerais savoir, à propos du moteur VASMIR, qu'est-ce que l'antenne hélicon et l'antenne ICRH? Leurs signification? Leurs fonctions? SVP.

Salut, et bienvenu par ici.

L'antenne helicon sert à produire le plasma en ionisant le flux gazeux au moyen d'une onde RF.
L'ICRH (pour Ion Cyclotron Resonance Heating) permet ensuite de chauffer le plasma provenant de l'étage d'ionisation. Les ions absorbent l'énergie d'une onde électromagnétique et gagnent de la vitesse, mais leur trajectoire s'enroule autour des lignes du champ magnétique qui sert à confiner le plasma.
La tuyère magnétique qui suit a pour fonction de déplier la trajectoire des particules, c'est à dire de transformer les trajectoires hélicoidales en trajectoires rectilignes, et ainsi produire la poussée.

Ces trois étapes sont illustrées sur la figure suivante :
http://www.adastrarocket.com/vasimr.html

Dois-je comprendre que la tuyère est elle aussi polarisée (et si oui doit-elle être positive ?) ou alors n'a-t-elle qu'un rôle "mécanique" ?
Je dis polarisée positivement pour continuer à confiner le plus longtemps possible le plasma, à moins qu'elle joue un rôle d'accélérateur
pour le plasma auquel cas elle serait polarisé négativement ? :scratch:

Salut Astro-notes ! Je m'aventure un peu car notre meilleur spécialiste sur cette question est Lambda0 ;)
D'après ce que j'ai compris ce plasma est globalement neutre formé d'une purée d'ions positifs et d'électrons négatifs- c'est justement pour cela que ce type de réacteur permet une force propulsive plus grande car la densité de l'éjectât peut être plus grande puisqu’il n’y a pas de forces électrostatiques de répulsion ce qui est le cas pour les autres types de moteurs ioniques où les ions positifs sont séparés des électrons pour la phase propulsive- et dans ce cas on utilise des champs électrostatiques.
Il en résulte que dans le cas du moteur plasmique seuls des ondes électromagnétiques et des champs magnétiques peuvent interagir.
Donc la tuyère ne doit pas être polarisée et n'y a que des électro-aimants pour les champs magnétiques et des émetteurs puissants d'ondes électromagnétiques pour le chauffage pour former un plasma et accélérer en rond les ions avant leur éjection.

Giwa a écrit:Salut Astro-notes ! Je m'aventure un peu car notre meilleur spécialiste sur cette question est Lambda0 ;)
D'après ce que j'ai compris ce plasma est globalement neutre formé d'une purée d'ions positifs et d'électrons négatifs- c'est justement pour cela que ce type de réacteur permet une force propulsive plus grande car la densité de l'éjectât peut être plus grande puisqu’il n’y a pas de forces électrostatiques de répulsion ce qui est le cas pour les autres types de moteurs ioniques où les ions positifs sont séparés des électrons pour la phase propulsive- et dans ce cas on utilise des champs électrostatiques.
Il en résulte que dans le cas du moteur plasmique seuls des ondes électromagnétiques et des champs magnétiques peuvent interagir.
Donc la tuyère ne doit pas être polarisée et n'y a que des électro-aimants pour les champs magnétiques et des émetteurs puissants d'ondes électromagnétiques pour le chauffage pour former un plasma et accélérer en rond les ions avant leur éjection.

Ah, Giwa tu es là, bien.
Merci pour ton explication. Peut-être notre collègue Lambda0 ajoutera un commentaire au tien (?). Mais comment fait-on pour garder séparé un mélange
protons électrons dans le même guide (électro-magnétique).

Tu sais Giwa, que ces champs électrostatiques, et magnétiques resteront pour moi une révélation de ma prime jeunesse (en dehors d'autres choses).
Eplucher un atome pour séparer nucléon et électron, guider les électrons, si je n'étais pas rationnel jusqu'au bout des doigts, je parlerais de miracle :)

@+ astro-notes

Evitons le langage un peu hermétique des couches électroniques et des niveaux d'énergie ou pire des orbitales - et pour expliquer le plus simplement possible revenons au modèle de l'atome avant la révolution quantique où les électrons négatifs orbitaient autour du noyau de l'atome contenant des protons positifs (et des neutrons neutres) comme les planètes autour du Soleil - l'attraction électrostatique entre les charges positives du noyau et celles négatives des électrons remplaçant la gravitation . L'attraction électrostatique est très puissante et tant que l'on ne secoue pas trop les atomes, les électrons continuent à tourner autour des noyaux des atomes. Mais si les atomes s'entrechoquent de plus en plus violemment lorsque la température augmente - l'agitation thermique-, certains électrons peuvent décrocher - cela commence par les plus éloignés du noyau de l'atome - logique ceux-ci étant les moins liés puisque l'attraction électrostatique y est la moins forte. Une fois décroché , ils ne pourront reprendre une orbite stable autour du noyau d'un atome même s'ils passent à côté car telles des comètes sur une trajectoire hyperbolique ils s'éloigneront de nouveau et passeront ainsi d'atomes en atomes sans plus se fixer ( je répète que le modèle atomique que j'utilise est caduque et fut mis à mal par Einstein, et que par exemple je ne devrais pas parler de trajectoire ou des électrons comme des entités différenciées, mais dans ce cas ce vieux modèle marche au moins qualitativement)
Vers 10 000 à 20 000 °C, ce quatrième état de la matière devient prédominant : c’est l’état plasma globalement neutre, mais constitué de particules positives et négatives non liées entr’elles.
Donc les particules de ce mélange à grande échelle ne se séparent pas, mais elles tournent en sens inverse autour des lignes de champ magnétique et sont expulsés par le même côté, là où les lignes de champ s’évasent formant comme la tuyère immatérielle d’une fusée. Leur vitesse d’expulsion est un peu moins grande que celle des moteurs ioniques, mais bien plus grande que celles des moteurs chimiques.
Cela serait le compromis idéal pour une phase propulsée des astronefs dans l’espace interplanétaire. : un ∆V un peu plus faible que ceux des moteurs ioniques, mais une poussée bien plus grande ce qui permettrait une accélération notable sans être obligé de tourner en spirale pendant des mois pour s’éloigner de la Terre comme ceux à propulsion ionique… et pour les astronefs habités le temps çà compte !

En fait en utilisant des éléments de faibles masses atomiques (Hydrogène, Deutérium...) VASIMR peut surclasser d'un ordre de grandeur la propulsion ionique (15000 à 30000 s contre seulement quelques milliers pour cette dernière). Mais surtout ses principaux avantages c'est de pouvoir moduler l'Isp en baisse pour augmenter la poussée, et d'être plus adapté à des poussées et des puissances bien plus importantes que celles de la propulsion ionique.

Henri a écrit:En fait en utilisant des éléments de faibles masses atomiques (Hydrogène, Deutérium...) VASIMR peut surclasser d'un ordre de grandeur la propulsion ionique (15000 à 30000 s contre seulement quelques milliers pour cette dernière). Mais surtout ses principaux avantages c'est de pouvoir moduler l'Isp en baisse pour augmenter la poussée, et d'être plus adapté à des poussées et des puissances bien plus importantes que celles de la propulsion ionique.

Actuellement on se cantonne à des éléments de numéros atomiques élevés que l'on peut ioniser plus facilement, mais c'est sûr que lorsqu’on disposera de sources d'énergie plus puissantes on pourra opter pour des éléments de plus faibles masses atomiques et donc aussi de plus faibles numéros atomiques plus difficiles à ioniser - le nec plus ultra étant la fusion nucléaire à l'intérieur même du moteur plasmique : ITER défrichera la voie !

Hi, hi, je viens de passer de très très longues minutes à lire ce post. J'adore ce language où je ne comprends rien.... :scratch: :study: C'est passionnant et fascinant à la fois

Heureusement que Giwa prévient :blbl:
Evitons le langage un peu hermétique

Et sérieux, je ne me moque pas... Car comment je pourrais voir la Terre de l'espace s'il n'y avait personne qui pense pour moi...

spacemen1969 a écrit:Hi, hi, je viens de passer de très très longues minutes à lire ce post. J'adore ce language où je ne comprends rien.... :scratch: :study: C'est passionnant et fascinant à la fois

Heureusement que Giwa prévient :blbl:
Evitons le langage un peu hermétique

Et sérieux, je ne me moque pas... Car comment je pourrais voir la Terre de l'espace s'il n'y avait personne qui pense pour moi...

:) tu sais, ce n'est pas évident car on est pris entre deux feux : devenir très très hermétique ;) ou être trop supeficiel . Tiens il faudra que l'on recherche une animation sur le net pour visualiser ce quatrième état de la matière : cela serait sympa .

Sinon le VASIMR cela sera le top

Bonne nuit :sleep:

Voici quelques sites illustrés sur le quatrième état de la matière : l’état plasma …
Pour voir en plus grand ces images , allez sur les sites.

http://www-fusion-magnetique.cea.fr/fusion/physique/plasma.htm




Et là avec quelques formules qui trainent par ci, par là
http://sites.univ-provence.fr/wpiim/themes/ps/phisis2.html





… et dire qu’à l’école, on rabâche aux gamins qu’il y a trois états de la matière dont je ne vous ferais pas la honte de les rappeler…. En omettant le plus courant dans l’Univers – encore du nombrilisme de terriens !

Vraiment, on ne nous dit pas tout comme nous le dit Anne Roumanoff !
https://www.youtube.com/watch?v=DqsIwIyZ1vM

Astro-notes a écrit:
...
Eplucher un atome pour séparer nucléon et électron, guider les électrons, si je n'étais pas rationnel jusqu'au bout des doigts, je parlerais de miracle :)

Les champs magnétiques, c'est magique ;)

Giwa a écrit:

Henri a écrit:En fait en utilisant des éléments de faibles masses atomiques (Hydrogène, Deutérium...) VASIMR peut surclasser d'un ordre de grandeur la propulsion ionique (15000 à 30000 s contre seulement quelques milliers pour cette dernière). Mais surtout ses principaux avantages c'est de pouvoir moduler l'Isp en baisse pour augmenter la poussée, et d'être plus adapté à des poussées et des puissances bien plus importantes que celles de la propulsion ionique.

Actuellement on se cantonne à des éléments de numéros atomiques élevés que l'on peut ioniser plus facilement, mais c'est sûr que lorsqu’on disposera de sources d'énergie plus puissantes on pourra opter pour des éléments de plus faibles masses atomiques et donc aussi de plus faibles numéros atomiques plus difficiles à ioniser - le nec plus ultra étant la fusion nucléaire à l'intérieur même du moteur plasmique : ITER défrichera la voie !

L'énergie d'ionisation de l'hydrogène est de 13.6 eV (m=1), de 24.5 eV pour l'hélium (m=4), 15.8 eV pour l'argon (m=40). Ce n'est pas vraiment une question de numéros atomique élevé mais plutôt de structure électronique.
Mais en fait, dans le dispositif réel, le coût d'ionisation est bien plus élevé, du fait de pertes diverses : de l'ordre de 100 eV.
La masse atomique a surtout un impact sur le rendement : le coût d'ionisation doit rester assez faible devant l'énergie de l'ion éjecté en sortie du moteur, proportionnelle à la masse. Donc à faible Isp (mettons 2000-5000 s), il faut utiliser des ions lourds.
Application numérique :
pour v=50 km/s (Isp=5000 s), on a :
E=13 eV pour un ion hydrogène (=1/2 mv²)
E=520 eV pour un ion argon

Avec un coût d'ionisation de 100 eV, on voit que l'utilisation d'un élément léger comme l'hydrogène est une catastrophe du point de vue du rendement, puisqu'il faut dépenser au moins 100+13=113 eV pour éjecter un ion à 13 eV.
Même si on arrivait à améliorer notablement le rendement d'ionisation et à s'approcher de la limite théorique de 13.6 eV, le rendement du dispositif resterait assez mauvais, compte tenu d'autres pertes.
Par contre, c'est acceptable pour l'argon, on dépense 520+100=620 eV pour accélérer un ion à 520 eV.
L'hydrogène devient intéressant au dessus de Isp = 10000 à 15000 s.
En remontant dans cette discussion, il doit y avoir un tableur permettant de calculer ce rendement en fonction du propulsif utilisé.

A+

Giwa a écrit:Une fois décroché , ils ne pourront reprendre une orbite stable autour du noyau d'un atome même s'ils passent à côté car telles des comètes sur une trajectoire hyperbolique ils s'éloigneront de nouveau et passeront ainsi d'atomes en atomes sans plus se fixer ( je répète que le modèle atomique que j'utilise est caduque et fut mis à mal par Einstein, et que par exemple je ne devrais pas parler de trajectoire ou des électrons comme des entités différenciées, mais dans ce cas ce vieux modèle marche au moins qualitativement) !

Hé oui, on ne peut pas simultanément connaître la position d'un électron et l'age du capitaine. Hé oui aussi, pour les 3 états de la matière "académique"
et le 4e (le plus répandu), le plasma ; tu as raison Giwa.
Merci à Lambda0 de quantifier un peu le sujet, la différence entre l'hydrogène et l'argon est saisissante certes les masses atomiques ne sont pas du
même ordre : 1 pour l'hydrogène bien entendu, et 39.9 pour l'argon, ils ne jouent pas dans la même classe, mais à ce point je ne me doutais pas :shock:

A vous suivre sur ce fil toujours intéressant.

lambda0 a écrit:

Astro-notes a écrit:
...
Eplucher un atome pour séparer nucléon et électron, guider les électrons, si je n'étais pas rationnel jusqu'au bout des doigts, je parlerais de miracle :)

Les champs magnétiques, c'est magique ;)

Giwa a écrit:

Henri a écrit:En fait en utilisant des éléments de faibles masses atomiques (Hydrogène, Deutérium...) VASIMR peut surclasser d'un ordre de grandeur la propulsion ionique (15000 à 30000 s contre seulement quelques milliers pour cette dernière). Mais surtout ses principaux avantages c'est de pouvoir moduler l'Isp en baisse pour augmenter la poussée, et d'être plus adapté à des poussées et des puissances bien plus importantes que celles de la propulsion ionique.

Actuellement on se cantonne à des éléments de numéros atomiques élevés que l'on peut ioniser plus facilement, mais c'est sûr que lorsqu’on disposera de sources d'énergie plus puissantes on pourra opter pour des éléments de plus faibles masses atomiques et donc aussi de plus faibles numéros atomiques plus difficiles à ioniser - le nec plus ultra étant la fusion nucléaire à l'intérieur même du moteur plasmique : ITER défrichera la voie !

L'énergie d'ionisation de l'hydrogène est de 13.6 eV (m=1), de 24.5 eV pour l'hélium (m=4), 15.8 eV pour l'argon (m=40). Ce n'est pas vraiment une question de numéros atomique élevé mais plutôt de structure électronique.
Mais en fait, dans le dispositif réel, le coût d'ionisation est bien plus élevé, du fait de pertes diverses : de l'ordre de 100 eV.
La masse atomique a surtout un impact sur le rendement : le coût d'ionisation doit rester assez faible devant l'énergie de l'ion éjecté en sortie du moteur, proportionnelle à la masse. Donc à faible Isp (mettons 2000-5000 s), il faut utiliser des ions lourds.
Application numérique :
pour v=50 km/s (Isp=5000 s), on a :
E=13 eV pour un ion hydrogène (=1/2 mv²)
E=520 eV pour un ion argon

Avec un coût d'ionisation de 100 eV, on voit que l'utilisation d'un élément léger comme l'hydrogène est une catastrophe du point de vue du rendement, puisqu'il faut dépenser au moins 100+13=113 eV pour éjecter un ion à 13 eV.
Même si on arrivait à améliorer notablement le rendement d'ionisation et à s'approcher de la limite théorique de 13.6 eV, le rendement du dispositif resterait assez mauvais, compte tenu d'autres pertes.
Par contre, c'est acceptable pour l'argon, on dépense 520+100=620 eV pour accélérer un ion à 520 eV.
L'hydrogène devient intéressant au dessus de Isp = 10000 à 15000 s.
En remontant dans cette discussion, il doit y avoir un tableur permettant de calculer ce rendement en fonction du propulsif utilisé.

A+

:) Merci de cette mise au point qui explique pourquoi actuellement on emploie des éléments de masses atomiques élevées sans trop tenir compte de leur énergie de première ionisation. Quant à la variation de l'énergie de première ionisation, elle dépend de la structure électronique qui se modifie en fonction du numéro atomique avec les éléments ayant l'énergie de première ionisation la plus faible en bas à gauche dans la classification périodique, donc pour des numéros atomiques élevés comme le francium de Z= 87 (mais inexploitable car radioactif) et le césium de Z = 55; tandis que l'hélium en haut à droite de Z=2 à l'énergie de première ionisation la plus élevée.
Si j'ai bien compris l'utilisation d'éléments légers ne deviendra intéressante que lorsque nous pourrons obtenir des Isp très élevées. Peut-être devrons-nous attendre les réacteurs à fusion thermonucléaire?