Le MIT a développé un nouveau dispositif de micro-propulsion capable de fournir une propulsion « bimode » aux microsatellites. L’objectif est de permettre à de petits satellites tels que CubeSat de manœuvrer rapidement et de voler efficacement sur de longues distances. Cette technologie intègre la propulsion chimique et la propulsion électrique dans le même système de carburant et devrait étendre considérablement les capacités de mission des petits engins spatiaux.
Une équipe d'ingénieurs du MIT a récemment testé un système de propulsion hybride pour petits satellites, qui combine la poussée élevée des fusées chimiques avec le rendement élevé des propulseurs électriques, et les deux méthodes de propulsion partagent le même carburant. Les chercheurs ont déclaré que cette conception devrait permettre à un vaisseau spatial portable et bon marché, capable d'effectuer uniquement des missions en orbite terrestre basse, d'entreprendre d'autres missions d'exploration de l'espace profond et même de voler vers Mars.
Bien que les microsatellites soient depuis longtemps moins chers à lancer et plus faciles à déployer, ils sont limités en taille et en espace de carburant en termes de systèmes de propulsion. Si l’on veut simultanément réaliser des changements d’orbite rapides et des ajustements fins d’attitude, les solutions traditionnelles nécessitent souvent deux systèmes de propulsion indépendants et deux types de carburant, ce qui est difficile à réaliser pour de petites plates-formes.
Selon l'article, les propulseurs chimiques peuvent produire une poussée puissante sur une courte période de temps et sont adaptés aux changements d'orbite rapides ; tandis que les propulseurs électriques, en particulier les propulseurs EFI, ont une faible poussée mais une consommation de carburant extrêmement élevée et conviennent à une accélération lente et à long terme, en particulier pour la navigation interstellaire ou interplanétaire. Les deux ont à l’origine leurs propres avantages, mais il a été difficile d’être compatibles sur de petits satellites.
La clé de cette avancée réside dans un propulseur appelé ASCENT précédemment développé par l’US Air Force. Le propulseur vert, appelé « propulseur avancé SpaceCraft Energetic Non-Toxic », a été initialement développé comme carburant de propulsion chimique pour remplacer le carburant hydrazine hautement toxique, mais l'équipe de recherche a découvert plus tard qu'il s'agissait également essentiellement d'un liquide ionique. Les liquides ioniques peuvent rester liquides dans un environnement sous vide, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans les propulseurs à réaction électroniques.
L'équipe du laboratoire MIT AeroAstro, dirigée par le professeur Paulo Lozano, fait progresser la recherche autour de cette fonctionnalité et mène des expériences en chargeant ASCENT dans un petit réservoir connecté à un CubeSat. Les chercheurs ont placé le microsatellite sur une plate-forme à sustentation magnétique pour simuler l'environnement d'apesanteur de l'espace, puis ont allumé à distance les propulseurs sous différentes tensions pour observer leurs performances de fonctionnement.
Les résultats des tests montrent qu'ASCENT est stable en termes de performances de propulsion, avec un rapport poussée/poids de 40 à 65 micronewtons par watt, une impulsion spécifique de 600 secondes et une efficacité globale d'environ 15 %. Les propulseurs sont également capables de fonctionner en continu jusqu’à 167 heures sans dégradation mesurable des performances.
Amelia Bruno, la première auteure de l'article, a déclaré que par rapport au propulseur à électro-injection couramment utilisé par l'équipe, les performances de poussée d'ASCENT sont similaires ; maintenant qu’il a été confirmé que le propulseur est compatible avec ce carburant, la conception pourra être encore optimisée à l’avenir. L'équipe de recherche estime que la plus grande importance de cette solution est qu'elle permet pour la première fois à de petits satellites de véritablement « partager un réservoir de propulseur et prendre en charge différents comportements de propulsion ».
Ensuite, le MIT travaillera avec la NASA pour faire progresser la mission Green Propulsion Dual Mode. Il s’agit d’un CubeSat qui transportera un propulseur chimique et quatre propulseurs EFI, partageant tous un seul réservoir ASCENT, et dont le lancement est prévu plus tard cette année. Ce sera la première tentative d'utilisation de réservoirs de carburant partagés sur un satellite, a déclaré Lozano.
Si la vérification de la mission réussit, les scénarios d'application de cette technologie seront très larges, allant du déploiement plus efficace de constellations de satellites au suivi en temps réel des ouragans jusqu'à l'exploration de l'espace lointain sur de plus longues distances. Lozano a également mentionné qu'à l'avenir, les CubeSats pourraient même être envoyés sur Mars ou dans la ceinture d'astéroïdes, leur permettant d'abord de naviguer à vitesse lente à l'aide de propulseurs électroniques, puis d'utiliser des propulseurs chimiques pour ajuster rapidement leur position et observer les détails de la zone cible.