La NASA a récemment testé avec succès un propulseur à plasma expérimental alimenté au lithium, marquant une avancée importante pour les missions humaines sur Mars. Les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en Californie du Sud, ont mis en route le moteur électromagnétique, lui permettant d'atteindre des niveaux de puissance jamais atteints par ce type de système de propulsion aux États-Unis.

Le test a été réalisé le 24 février dans la chambre à vide du JPL dédiée à la recherche sur la propulsion électrique de haute puissance. Pendant les tests, le moteur prototype a fonctionné avec plus de puissance que n’importe quel propulseur électrique sur n’importe quel vaisseau spatial volant de la NASA. Les chercheurs affirment que les résultats fourniront des orientations pour la prochaine phase de développement et de tests.

L'administrateur de la NASA, Jared Isaacman, a déclaré : « À la NASA, nous faisons beaucoup de choses à la fois, mais nous n'avons jamais perdu de vue Mars. Les performances réussies de notre propulseur lors de ce test démontrent les progrès substantiels réalisés dans l'envoi d'astronautes américains sur la planète rouge. C'est la première fois que les États-Unis disposent d'un système de propulsion électrique fonctionnant à un niveau de puissance aussi élevé, atteignant 120 kilowatts.

Le moteur utilise de la vapeur de lithium métallique et appartient à la catégorie technologique des propulseurs Magneto-Plasma Dynamics (MPD). De tels systèmes génèrent une poussée en utilisant des courants électriques et des champs magnétiques pour accélérer le plasma à des vitesses extrêmement élevées. Au cours de cinq tests de tir distincts, les électrodes en tungstène du propulseur ont brillé d'un blanc éclatant et les températures ont grimpé jusqu'à plus de 5 000 degrés Fahrenheit (2 800 degrés Celsius). Les tests ont été effectués au laboratoire de propulsion électrique du JPL, qui dispose d'une installation unique capable d'évaluer en toute sécurité les propulseurs électriques qui reposent sur des propulseurs à vapeur métallique avec une puissance de l'ordre du mégawatt.

Le rendement énergétique des systèmes de propulsion électrique est bien supérieur à celui des fusées chimiques traditionnelles, et la consommation de propulseur peut être réduite jusqu'à 90 %. Au lieu de fournir une forte poussée pendant de courtes périodes, ils fournissent une poussée douce mais soutenue qui accélère régulièrement le vaisseau spatial sur de longues périodes. La NASA utilise déjà la technologie de propulsion électrique dans des missions telles que Psyché, qui utilise actuellement les propulseurs électriques les plus puissants de l'agence. Au fil du temps, le système de propulsion de Psyché peut accélérer le vaisseau spatial jusqu'à 124 000 milles par heure.

Ce nouveau propulseur MPD alimenté au lithium pourrait à terme fournir une poussée bien supérieure à celle des systèmes existants. Bien que les scientifiques étudient la technologie de propulsion MPD depuis les années 1960, cette technologie n’a jamais été utilisée dans des applications pratiques dans l’espace. Lors de récents tests au JPL, le moteur a atteint une puissance de 120 kilowatts, soit plus de 25 fois la puissance des propulseurs de vol du "Spirit Star".

"Les dernières années de conception et de construction de ces propulseurs ont constitué une préparation à long terme pour ce premier test", a déclaré James Polk, chercheur scientifique principal au JPL. "C'est un moment important pour nous car nous avons non seulement démontré la capacité des propulseurs à fonctionner, mais nous avons également atteint nos niveaux de puissance cibles. Nous savons que nous disposons d'une bonne plate-forme de test pour commencer à résoudre les défis de la mise à l'échelle."

Polk a observé l'expérience à travers une petite fenêtre d'observation dans la chambre à vide refroidie à l'eau de 8 mètres de long. Lorsque le propulseur s’active, son électrode externe en forme de buse brille intensément, créant un panache de plasma rouge vif. Polk travaille dans le domaine de la technologie de propulsion électrique depuis des décennies, ayant contribué à la mission Dawn de la NASA et à Deep Space One, le premier vaisseau spatial à démontrer la technologie de propulsion électrique au-delà de l'orbite terrestre.

Les chercheurs espèrent à terme augmenter la puissance de sortie de chaque propulseur entre 500 kilowatts et 1 mégawatt. L’un des plus grands défis techniques consiste à garantir que le matériel puisse résister à un fonctionnement à long terme à des températures extrêmes. Une mission habitée vers Mars peut nécessiter une puissance totale de 2 à 4 mégawatts, ce qui signifie que plusieurs propulseurs MPD devront peut-être fonctionner en continu pendant plus de 23 000 heures.

Les scientifiques pensent que les moteurs MPD alimentés au lithium pourraient jouer un rôle important dans l’exploration future de l’espace lointain, car ils combinent une forte poussée avec une utilisation efficace du propulseur. Associés à des systèmes nucléaires, ils peuvent réduire la masse au lancement tout en transportant les lourdes charges utiles nécessaires aux missions humaines vers Mars.

Le projet de propulseur MPD est en développement depuis deux ans et demi, dans le cadre d'une collaboration entre le JPL, le laboratoire de physique des plasmas de Princeton dans le New Jersey et le centre de recherche Glenn de la NASA à Cleveland. Le financement provient du programme de propulsion nucléaire spatial de la NASA, qui a débuté en 2020 pour soutenir le développement de systèmes de propulsion nucléaire électrique à l'échelle du mégawatt pour les futures missions vers Mars. Les travaux sont gérés par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, sous la direction de la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA.