VASIMR - Le moteur plasmique

lambda0 a écrit:Problème de la poule et de l'oeuf qui freine le développement de la propulsion électrique de puissance depuis 30 ans : on est pas prêt à dépenser des milliards pour développer une centrale électrique de forte puissance (>1 MW) tant qu'on n'a pas validé les moteurs à ce niveau de puissance.
Mais on a justement besoin d'une telle source d'énergie, disponible dans l'espace, pour valider les moteurs. Sur Terre, on est limité par les performances des chambres à vide et systèmes de pompage.
Je pense que si le test du VASIMR sur l'ISS est concluant, on sera bien plus motivé pour développer cette source d'énergie, solaire ou nucléaire.
A+

Tout à fait ! De plus, mieux vaut commencer par ce test du VASIMR puisque l 'appareil pourrait - en y mettant un peu de bonne volonté ... et quelques sous de plus - être envoyé dans l'Espace dans trois ou quatre ans .

Au fait, il était question un temps de monter sur l'ISS un VASIMR alimenté par les panneaux photovoltaïques de cette dernière pour assurer les réajustements réguliers de l'orbite de la station. Qu'est devenu ce projet ? A-t-il été renvoyé aux calendes grecques ?

La plate-forme de test est en cours de conception, pour montage sur l'ISS en 2014. Avec les réserves habituelles sur les dates.
Il s'agit d'abord de tester le moteur dans le vide spatial, et accessoirement de l'utiliser pour ajuster l'orbite de la station si tout fonctionne comme attendu.

Le nouveau sujet "Moteurs ioniques compacts " de lambda0 - https://astronautique.actifforum.com/t13736-moteur-ionique-compact#260613 -
peut nous inspirer ;)

En effet un de ces avantages - en dehors de la miniaturisation - est d'économiser l'énergie d'ionisation.

A y réfléchir certes le VASIMR ne joue pas dans la même registre - celui des moteurs ioniques miniatures - mais son principe de fonctionnement permettrait d’expulser simultanément des ions positifs et négatifs puisque c'est la pression du plasma sur la chambre virtuelle magnétique et la réaction de celle-ci qui l'expulse ...une forte analogie avec une fusée classique où l'on chauffe les gaz par réaction chimique dans la chambre de combustion avant de les expulser par la tuyère.

Alors ne serait-il pas possible plutôt que de prendre comme matière à éjecter un gaz inerte - donc par nature chimique difficile à ioniser - d'utiliser un électrolyte comme par exemple le fluorure de césium d'office formé de cations Cs⁺ et d'anions F^- ?

Par nature, le césium est très électropositif et le fluor très électronégatif, d'où ce choix


Certes au départ nous avons affaire à un solide , mais on passe rapidement par chauffage à un liquide , puis à 10 000 K on se retrouve sous forme de plasma

Ensuite les anions fluorure de masse ionique moins grande se retrouveront vers le centre et les cations césium de masse ionique plus élevée vers la périphérie en tournant en sens inverse et finiront par être expulsés au même débit p articulaire malgré leurs masses différentes lorsque q'un champ électrique axial compensatoire orienté du positif au négatif de la chambre vers la tuyère se sera établi

Giwa a écrit:
...
Alors ne serait-il pas possible plutôt que de prendre comme matière à éjecter un gaz inerte - donc par nature chimique difficile à ioniser - d'utiliser un électrolyte comme par exemple le fluorure de césium d'office formé de cations Cs⁺ et d'anions F^- ?
...

Les ions ayant une masse différente, la fréquence cyclotron est différente, il parait difficile d'accélérer à la fois le fluor et le césium dans le VASIMR, ça ne doit pas être très efficace...

j'étais juste entrain de modifier mon post justement à cause de ce problème.

D'ailleurs il y a d'autres possibilités à envisager : le fluorure de lithium où les masses ioniques sont proches - même si le lithium est moins électropositif que le césium , il peut s'ioniser.

Mais je me demande si le mieux ne serait pas l'iodure de césium qui donnerait une vitesse d'éjection un peu plus faible - donc un rapport de masse moins intéressant , mais plus de poussée pour un moteur de même puissance .


https://astronautique.actifforum.com/t13476-niac-2012/post?p=259884

Spoiler:

A réfléchir

Pour les fréquences cyclotron différentes , on pourrait aussi envisager une double fréquence cyclotron, chacun des types d'ions rentrant en résonance avec celle correspondant à sa masse ionique .

Giwa a écrit:… Mais je me demande si le mieux ne serait pas l'iodure de césium qui donnerait une vitesse d'éjection un peu plus faible - donc un rapport de masse moins intéressant, mais plus de poussée plus forte pour un moteur de même puissance....
A réfléchir

A réfléchir, certes ...mais pas pour la première génération où le plus sage reste d'en se tenir au xénon car il ya déjà suffisamment de problèmes techniques à résoudre.

Sinon pour revenir sur cette proposition, il y a d'autres raisons de préférer l'iodure de césium à d'autres électrolytes à ions monoatomiques : les rayons ioniques de Cs⁺ et d’I^- sont les plus grands (on ne peut envisager le francium radioactif et très rare)

Il en résulte alors que la répartition des charges électriques est plus diffuse et que les couples Cs⁺, I^- - qui pourraient se former dans le gaz ionisé - se sépareraient plus facilement à haute température.

De plus au cas où les ions iodure perdent des électrons – ce qui doit être envisagé à très haute température – très peu se retrouveraient à l’état atomique ou moléculaire car la majorité passerait à l’état de cations (l’iode possède des états d’oxydation positifs)

Encore une raison supplémentaire : l’iode n’est pas très agressif chimiquement et le peu d’iode qui arriverait à atteindre les parois ne risquerait pas de les corroder

PS : on pourrait même envisager de mélanger in situ de la vapeur de césium obtenue par vaporisation de césium liquide à une température inférieure à 700°C avec de la vapeur de di-iode obtenue par sublimation d’iode solide pour les faire régir chimiquement et obtenir de l’iodure de césium sous forme de très fines particules portées très rapidement à très haute température en récupérant ainsi en plus l’énergie de formation de cet électrolyte.

Tiens, ça faisait longtemps qu'il n'y avait plus de nouvelles de AARC.
AARC et la NASA ont signé un accord de collaboration concernant les questions de sécurité.
Il s'agit pour AARC de familiariser le personnel du JSC avec les moteurs plasmiques de haute puissance, et pour la NASA d'accompagner AARC dans le processus d'intégration du VASIMR sur les véhicules habités et automatiques.
http://www.adastrarocket.com/AdAstraRelease31May2012Final.pdf
La NASA participe également à la conception du VF-200 qui doit être monté sur l'ISS, en tant que conseil.

lambda0 a écrit:
La NASA participe également à la conception du VF-200 qui doit être monté sur l'ISS, en tant que conseil.

Sait-on les dimensions qu'aura ce moteur expérimental ? Faudra-t'il un cargo HTV pour le véhiculer (dans le compartiment des charges extérieures) ? Et probablement des spécialistes pour l'installer et effectuer sa mise en route ? Une mission spéciale en plus des relèves normales d'équipage ?

AARC a évoqué un acheminement par un cargo Cygnus, ce qui donne un majorant des dimensions et de la masse : au maximum 4 m de long et 2700 kg.
En fait, le VX-200 mesure environ 2.5 m de long.

Pas encore d'infos sur qui assurera la mise en place puis la mise en service ? Des membres "normaux" d'équipage qui auraient été spécialement formé pour cela ? Ou des techniciens/ingénieurs d'AARC formés pour aller travailler dans l'espace ?

Pas d'information à ce sujet.
Peut-être bien que Chang-Diaz himself s'y verrait bien (ancien astronaute, 7 vols sur la navette), mais d'un autre côté, un équipage régulier parait capable d'installer des dispositifs complexes (on n'a pas envoyé dans l'espace les concepteurs d'AMS-02).
Dans les Press Release du 26.05.2011 et 16.05.2012, il est question de vols en microgravité, mais je ne sais pas s'il s'agit de commencer à entrainer des gens ou de tester des matériels.
http://www.adastrarocket.com/aarc/PressReleases

lambda0 a écrit:AARC a évoqué un acheminement par un cargo Cygnus, ce qui donne un majorant des dimensions et de la masse : au maximum 4 m de long et 2700 kg.
En fait, le VX-200 mesure environ 2.5 m de long.

Intéressant : au moins l'Europe y participerait un peu puisque le cargo Cygnus est livré par Thalès Alenia.

Je ne savais pas que la Cygnus pouvait transporter du matériel pouvant être délivré à l'extérieur de la station ?

lambda0 a écrit: d'un autre côté, un équipage régulier parait capable d'installer des dispositifs complexes (on n'a pas envoyé dans l'espace les concepteurs d'AMS-02).

Je vois une différence entre AMS-02 qui est un système neutre vis à vis de la station (il n'y a même pas de pièce mobile dans sa conception)
Et un moteur VASIMR, qui nécessitera des réservoirs de gaz (probablement rechargeables ou échangeables) et dont le fonctionnement "fera bouger" la station.
On verra bien ce qui sera annoncé par la NASA et AARC à ce sujet.

http://www.adastrarocket.com/AdAstra-Recope-Release-July-24-2012-English.pdf

AARC a signé un accord de recherche avec la raffinerie de pétrole RECOPE, propriété du Costa-Rica, pour le développement de technologies basées sur l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. Le projet inclut la conception, fabrication, et déploiement d'un système de stockage d'hydrogène sous haute pression.

Commentaire:
le lien avec les développements courants d'AARC n'est pas évident, ça ressemble à un projet "alimentaire" pour drainer des financements, ou simplement de la com' sur les transferts de technologie.

A la suite de la campagne d'essais de juin, AARC rapporte une amélioration de l'ordre de 10% du rendement du VASIMR par rapport aux données de 2010, sur une large plage d'impulsion spécifique. AARC a également testé la variation de poussée/Isp à puissance constante sans observer de perte d'efficacité significative.

http://www.adastrarocket.com/AdAstra-Release-July-27-2012-English.pdf

L'installation du VF-200-1 sur l'ISS parait avoir glissé en 2016...
http://www.aviationweek.com/Article.aspx?id=/article-xml/asd_01_14_2013_p06-01-534642.xml

je cherchais des infos récentes sur l'avancement du vf-200 sur l'ISS:
il y a un sujet dans Airdéfense qui date d'il y a 6 mois ( quelques parties en anglais )
http://www.air-defense.net/forum/index.php?PHPSESSID=im01dbqglp9sndicmtdk6n1685&/topic,19668.0.html

on y voit le mockup installé sur l'ISS





d'un autre coté, ils envisagent autre solution : faire un test avec un moteur qui soit indépendant de l'ISS, mais il faudrait qu'il ait sa propre énergie ( unité nucléaire ), ce qui n'est pas évident. ( en anglais aussi )
http://news.yahoo.com/nasa-test-vf-200-vasimr-plasma-rocket-iss-20110310-155100-110.html

Sage précaution... parce que la date de cet essai reculant d'environ un an tous les ans depuis une dizaine d'années, l'ISS risque bien de ne plus être au rendez-vous...
Pour un engin indépendant, ce serait plutôt des panneaux solaires, on ne dispose pas de générateur nucléaire de puissance suffisante, et il est peu probable qu'on en dispose dans les 10 ans qui viennent.

http://www.adastrarocket.com/AdAstraRelease280613.pdf

Après plus d'un an de planification et préparation, une équipe d'ingénieurs et physiciens de Ad Astra, en collaboration avec des ingénieurs de la NASA, ont terminé la première revue de conception du moteur VF-200. Le prototype de 200 kW est le premier moteur destiné à être testé dans l'espace.
...

Il est prévu des tests de fonctionnement de longue durée début 2014 pour vérifier la stabilité thermique.

AARC a aussi lancé un projet "kickstarter" pour financer la réalisation d'un documentaire (46000$)
http://www.kickstarter.com/projects/821885354/animating-vasimr-the-future-of-spaceflight

lambda0 a écrit:Sage précaution... parce que la date de cet essai reculant d'environ un an tous les ans depuis une dizaine d'années,

 Je te sens pessimiste sur ce coup là...:(

lambda0 a écrit:http://www.adastrarocket.com/AdAstraRelease280613.pdf
...
Il est prévu des tests de fonctionnement de longue durée début 2014 pour vérifier la stabilité thermique.
...

Ces premiers tests auront lieu dans des installations au sol et souhaitons qu'ils soient tous réussis durant cette année 2014 .
Dans ce cas pour quand, raisonnablement, peut-on espérer l'installation d'un prototype en orbite sur l'ISS ?

Si la décision de monter ce moteur sur l'ISS était prise, est-ce une Soyouz/Progress, une Proton/M, une Ariane/ATV qui se changerait du transport ?