A propulsão elétrica no espaço é um tipo de propulsão a jato em que a eletricidade é usada como fonte de energia para acelerar um fluido. Ao contrário da propulsão química , este tipo de propulsão não fornece extenso grande o suficiente (menos extenso que 1 newton ou força de 100 gramas ) para colocar em órbita de satélites artificiais, mas através de um impulso específico muito alto, permite reduzir muito significativamente (até dez vezes) a massa de propelentes necessária para manobrar uma máquina no espaço em comparação com outros tipos de propulsão. A energia elétrica é geralmente fornecida por painéis solares , mas também pode vir de um gerador termoelétrico radioisotópico (RTG).
Protótipos de propulsores foram desenvolvidos na década de 1960 , mas foi somente a partir da década de 2000 que seu uso se generalizou para correções orbitais de satélites circulando em órbita geoestacionária e para a exploração do sistema solar em certas sondas espaciais ( Smart 1 , Dawn , Hayabusa , BepiColombo ). Muitas técnicas coexistem, mas duas categorias são particularmente desenvolvidas: os motores Hall e os motores iônicos para redes .
O conceito de propulsão elétrica espacial é descrito de forma relativamente simultânea e independente em 1906 pelos pioneiros do campo espacial Robert Goddard , em 1906, e Constantin Tsiolkovsky , em 1911. Diferentes métodos de implementação são descritos por Hermann Oberth , em 1929, depois por Shepherd e Cleaver, no Reino Unido , em 1949 . As primeiras pesquisas práticas começaram na década de 1960, no início da era espacial . Eles são conduzidos nos EUA pelo Centro de Pesquisa Glenn da NASA , o JPL e os laboratórios de pesquisa Hughes e União Soviética por vários laboratórios de pesquisa. Os primeiros propulsores elétricos experimentais usados no espaço são motores iônicos, usando mercúrio ou césio como fluido . A pesquisa soviética concentra-se em motores de efeito Hall , enquanto os pesquisadores americanos estão particularmente interessados em motores de íons de grade .
A instalação de um par de motores SPT-60 a bordo dos satélites meteorológicos soviéticos Meteor (lançado pela primeira vez em 1971) constitui a primeira aplicação operacional da propulsão elétrica espacial. Esses motores de efeito Hall são usados para manter os satélites em sua órbita. O Japão lançou em 1995 o Satellite Engineering Test Satellite VI , que é equipado com grades de motor iônico. Nos Estados Unidos, o primeiro uso comercial começou em 1997 com o lançamento dos satélites de telecomunicações Hughes equipados com motores XIPS ( Xenon Ion Propulsion System ). A sonda espacial Deep Space 1 , lançada em 1998 , é a primeira nave destinada a explorar o sistema solar, cuja propulsão principal é fornecida por um motor elétrico.
A propulsão produz muito menos empuxo do que a produzida pelos sistemas convencionais de propulsão química, mas o empuxo é exercido em um intervalo de tempo muito mais longo. No entanto, essa tecnologia tem algumas desvantagens:
O propulsor magnetoplasmadinâmico é semelhante a esse tipo de propulsão.
Os propulsores elétricos podem ser classificados em três categorias:
| Mecanismo de aceleração | Motor | Impulso ( s ) específico ( s ) | Impulso ( N ) (valores indicativos) |
|---|---|---|---|
| Propulsão eletrotérmica | Resistojet | ||
| Arcjet | 500 - 2.000 | 0,15 - 0,30 | |
| VASIMR | variável 1.000 - 30.000 |
variável 10 - 500 |
|
| Propulsão eletromagnética ( forças de Lorentz ) |
Propulsor magnetoplasmadinâmico (MPD) e LFA ( acelerador de força de Lorentz ) | 1.000 - 10.000 | 20 - 200 |
| propulsor movido a peso (ElPT) | 1.000 - 10.000 | 1 × 10 −3 - 100 | |
| MPD pulsado = propulsor de plasma pulsado (in) (PPT) | |||
| Propulsão eletrostática | Contato de césio | 7.000 | 4 × 10 −3 |
| Propulsor de Emissão de Campo (FEEP) | 5.000 - 8.000 | 10 × 10 −6 - 2,5 × 10 −3 | |
| Motor de grade iônica | 3.000-8.000 | 0,05-0,5 | |
| Propulsor RIT (propulsor de ionização por radiofrequência) | 18 × 10 −3 - 100 × 10 −3 | ||
| Helicon Double Layer | |||
| Propulsor de efeito Hall (SPT, PPS, ALT) | 1.000 - 3.000 | 10 × 10 −3 - 1,5 |
Devido aos baixíssimos impulsos produzidos, este tipo de propulsão é ideal para realizar correções de orientação de embarcações ou satélites em órbita ou em uma trajetória em direção a outro corpo celeste. Ele elimina a necessidade dos projetistas de incorporar monopropelente pesado ( RCS ) ou sistemas de roda de reação ao navio . O baixo consumo desses motores também possibilita cumprir essa função por um longo período de tempo.
O princípio de operação desses motores limita muito seu empuxo, mas permite tempos de operação muito longos. Portanto, nem sempre são a melhor escolha para uma nave espacial, mas seu uso é adequado para uso frequente e repetido para manter os satélites em uma órbita muito precisa. Além disso, a natureza desses motores, contendo muito poucas peças móveis, garante-lhes uma confiabilidade muito boa ao longo do tempo (os motores químicos estão sujeitos a tensões mecânicas e térmicas muito maiores e têm uma vida útil bastante limitada).
Um módulo de propulsão elétrica do tipo VASIMR está atualmente em construção e deve ser testado na Estação Espacial Internacional . A estação espacial internacional, devido à sua órbita bastante baixa, ainda é afetada pelos efeitos da atmosfera e perde alguns metros de altitude a cada dia (resistência aerodinâmica). Esse motor seria a solução mais adequada para mantê-lo em uma órbita estável.
A sonda espacial Deep Space 1 da NASA , lançada em 1998, foi a primeira a usar um motor elétrico como sistema de propulsão espacial. A sonda Smart-1 , da Agência Espacial Européia foi lançada em 2004 e colocada em órbita ao redor da Lua por meio de propulsão elétrica. Ela usou o motor PPS-1350 , da Snecma , que produziu um surto de 9 gramas de força . É a primeira sonda europeia a se juntar a um corpo do sistema solar e a orbitar usando propulsão elétrica.
Esses motores incluem: