Système de propulsion électrique avancé - Advanced Electric Propulsion System

Le système de propulsion électrique avancé ( AEPS ) est un système de propulsion électrique solaire pour les engins spatiaux qui est conçu, développé et testé par la NASA et Aerojet Rocketdyne pour des missions scientifiques à grande échelle et le transport de marchandises. La première application de l'AEPS est de propulser l' élément de puissance et de propulsion (PPE) de Gateway , qui sera lancé en 2024. Le module PPE est construit par MAXAR space solutions à Palo Alto, en Californie. Deux moteurs AEPS identiques consommeraient 25 kW générés par l'ensemble de panneaux solaires à déploiement (ROSA), qui peut produire plus de 60 kW de puissance.

L'élément de puissance et de propulsion (EPI) de la passerelle lunaire aura une masse de 8 à 9 tonnes métriques et sera capable de générer 50 kW d' énergie électrique solaire pour ses propulseurs Hall pour la maniabilité, qui peut être pris en charge par des propulseurs chimiques monoergols pour manœuvres de contrôle d'attitude à forte poussée.

Aperçu

La propulsion solaire-électrique s'est avérée fiable et efficace, et permet une réduction significative de la masse des engins spatiaux. La propulsion électrique solaire à haute puissance est une technologie clé qui a été priorisée en raison de ses avantages significatifs en matière d'exploration dans l'espace cis-lunaire et de missions en équipage vers Mars.

Le système de propulseur AEPS Hall a été développé à l'origine depuis 2015 par le Glenn Research Center de la NASA et le Jet Propulsion Laboratory pour être utilisé lors de la mission de redirection d'astéroïdes, désormais annulée . Les travaux sur le propulseur n'ont pas cessé après l'annulation de la mission en avril 2017, car il existe une demande de tels propulseurs pour une gamme de missions de la NASA, de défense et commerciales dans l'espace lointain. Depuis mai 2016, d'autres travaux sur l'AEPS ont été transférés à Aerojet Rocketdyne, qui conçoit et teste actuellement le matériel du modèle d'ingénierie. Il s'agit d'un contrat d'une valeur de 65 millions de dollars, pour lequel Aerojet Rocketdyne a développé, qualifié et fournira cinq sous-systèmes de propulseurs Hall de 12,5 kW, notamment des propulseurs, des PPU et des contrôleurs de débit au xénon.

Concevoir

AEPS Performance
Max. consommation d'énergie 40 kW
Max. courant de fonctionnement 25 A
Tension Entrée : 95 V – 140 V
Sortie : 300 V – 600 V
Max. impulsion spécifique ( I sp ) 2 900 s
Max. poussée 600 mN /moteur
Poussée totale théorique 2.356 N
Poussée réelle @ 40 kW 1,77 N
Plage de distance du soleil 0,8 à 1,7 UA
Masse du système 100 kg × 4 moteurs
Masse propulsive au xénon
(passerelle lunaire)
5 000 kilogrammes

AEPS est basé sur le modèle de propulseur de développement de 12,5 kW appelé « fusée à effet Hall avec blindage magnétique » (HERMeS). Le moteur électrique solaire AEPS utilise le propulseur à effet Hall dans lequel le propulseur est ionisé et accéléré par un champ électrique pour produire une poussée . Pour générer 12,5 kW au propulseur, il faut en fait un total de 13,3 kW, y compris la puissance nécessaire à l'électronique de commande. Quatre moteurs AEPS identiques (propulseur et électronique de commande) auraient théoriquement besoin de 4 × 13,3 = 53,2 kW, soit plus que les 50 kW générés par les panneaux solaires de la PPE. Il est indiqué que le réseau AEPS est destiné à n'utiliser que 40 kW sur les 50 kW, de sorte que la poussée maximale serait limitée à environ 1,77 N .

Le modèle d'ingénierie subit également divers tests de vibration, des tests d'environnement dynamique et thermique du propulseur. L'AEPS devrait accumuler environ 5 000 heures d'ici la fin du contrat et la conception vise à réaliser un modèle de vol offrant une demi-vie d'au moins 23 000 heures et une durée de vie complète d'environ 50 000 heures.

Les trois principaux composants du moteur de propulsion AEPS sont : un propulseur à effet Hall, une unité de traitement de puissance (PPU) et le contrôleur de flux de xénon (XFC). Les propulseurs sont réglables sur une plage de puissance d'entrée de 6,67 à 40 kW avec des tensions d'entrée allant de 95 à 140 V. La masse de propulseur au xénon estimée pour la passerelle lunaire serait de 5 000 kg. L'examen de conception préliminaire a eu lieu en août 2017. Il a été conclu que « l'unité de traitement de puissance a démontré avec succès un fonctionnement stable du système de propulsion et a répondu de manière appropriée à tous nos scénarios d'urgence planifiés ».

Essais

En juillet 2017, l'AEPS a été testé au Glenn Research Center. Les tests ont utilisé une unité de traitement de puissance (PPU), qui pourrait également être utilisée pour d'autres technologies avancées de propulsion d'engins spatiaux. En août 2018, Aerojet Rocketdyne a terminé les premiers tests d'intégration des systèmes dans une chambre à vide, menant à la phase de finalisation et de vérification de la conception. En novembre 2019, Aerojet Rocketdyne a fait pour la première fois la démonstration du propulseur AEPS à pleine puissance.

Voir également

Les références