Principe de l'ABEP

L’Atmosphere‑Breathing Electric Propulsion (ABEP) capte les molécules de l’air ténu présent entre 100 et 450 km d’altitude et les ionise pour créer un jet plasma. Le flux de particules, une fois accéléré électriquement, compense la traînée atmosphérique qui ralentit les engins en VLEO. Le concept élimine le besoin d’un réservoir de carburant conventionnel (xénon, krypton), ce qui réduit la masse totale du satellite.

Conception de l’intake et du thruster

Romano a testé trois géométries d’intake. L’intake « specular », une parabole recouverte de graphite ou de SiO₂, a capté 94,3 % des particules dans un tunnel à vent, avec une perte d’efficacité de seulement 8 % pour un angle de 15°. Cette robustesse face à l’orientation rend le système viable pour des missions où l’attitude du satellite varie. Le thruster utilise une antenne « birdcage » à radio‑fréquence (RF) hélicon. Cette configuration assure que 99 % de la puissance électrique injectée alimente le plasma, limitant les pertes dues à la réactance des bobines classiques. Un solénoïde génère le champ magnétique qui expulse le plasma sans recourir à un neutraliseur, évitant ainsi la corrosion des cathodes par l’oxygène atomique (AO) présent à ces altitudes.

Performances expérimentales et modélisation

Dans une chambre à vide reproduisant la composition (AO, argon, azote) d’un environnement VLEO, le moteur a produit un jet stable avec une puissance RF de 50‑60 W, compatible avec les panneaux solaires standards. Les modèles appliqués au satellite GOCE indiquent qu’entre 190 et 250 km d’altitude, le système pourrait fonctionner indéfiniment avec une consommation électrique inférieure à 1,6 kW. Une extrapolation similaire pour Mars, où l’atmosphère est majoritairement CO₂, suggère une viabilité à 120‑160 km d’altitude martienne.

Limites et perspectives

Le principal défi reste la variabilité de la densité atmosphérique, influencée par le cycle jour/nuit, la latitude et l’activité solaire. Aucun vol en conditions réelles n’a encore validé la technologie, et la résistance à long terme de l’intake et du thruster face à l’oxydation par AO demeure incertaine. Si les tests en vol confirment les modèles, l’ABEP pourrait ouvrir la voie à des constellations de satellites en VLEO avec une durée de vie prolongée, réduisant les coûts de re‑boost et le risque de débris spatiaux.