3) Une autre voie: chauffer un fluide propulsif grâce à l'éléctricité.

La poussée vient alors, comme pour les moteurs chimiques ou nucléothermique, de la détente, dans une tuyère, d'un fluide propulsif qui s'est brutalement dilaté en s'échauffant fortement.

Le système le plus simple: le fluide propulsif est injecté dans une chambre où il est réchauffé par de simples résistances électriques.

Impulsion spécifique: un peu plus de 300 secondes tout au plus, rien de révolutionnaire.

Un peu moins simple: le fluide propulsif est injecté dans une chambre où il est réchauffé par un arc électrique.

L'arc électrique est ici représenté en mauve clair, il occupe la majeur partie de la section "étranglée" (le col) obligeant le gaz (fluide propulsif) à le traverser et s'y réchauffer.

La température que peut atteindre un arc est largement supérieure à celle d'une résistance électrique; l'impulsion spécifique s'en ressent: environ 600 secondes, c'est déja beaucoup mieux.

Le principal défaut de ce moteur, est l'usure prématurée de la cathode surchauffée par l'arc.

Le moteur à arc n'est pas sans rappeler le moteur MPD décrit précédemment.

La principale différence est qu'ici l'accent est mis sur l'effet thermique de l'arc, avec pour conséquence l'adoption d'une forme en "tuyère de Laval" (convergent/divergent) pour transformer la pression due à la dilatation brutale du gaz chauffé en vitesse d'éjection comme dans un moteur chimique classique.

L'anode ne commence qu'après le col, et cette position entraine une orientation longitudinale du courant dans l'arc électrique, ce qui n'est pas recommandé si l'on souhaite obtenir, en plus, un "effet forces de Lorentz".

Pour que les forces de Lorentz soient correctement orientées, il faut que l'arc électrique ait une trajectoire nettement plus radiale.

En faisant débuter l'anode un peu avant le col, on peut obtenir une combinaison forces de Lorentz/effet thermique plus efficace.

Les lignes de courant entre l'anode et la cathode sont désormais plus radiale, mais la décharge éléctrique est désormais distribuée sur un plus grand volume, elle est moins "concentrée", ce qui peut diminuer sa capacité à chauffer le fluide.

Si les moteurs à arc ou à résistance n'offrent pas de performances révolutionnaires, cela ne signifie pas que l'utilisation de l'énergie électrique pour chauffer un fluide propulsif est une moins bonne idée que de se servir des forces électrostatiques ou électromagnétiques; la preuve: le VASIMR.

Le VASIMR ou variable specific impulse magnetoplasma rocket (fusée magnétoplasmique à impulsion spécifique variable), est une idée récente et très prometteuse.
Il s'agit toujours d'obtenir une poussée par la détente brutale d'un fluide très fortement chauffé, mais dans ce cas le fluide sera un plasma, et la température pourra dépasser le million de degré!

Comment cela fonctionne-t-il?

On prend un fluide propulsif, le plus léger possible, pour obtenir une vitesse d'éjection la plus élevée possible, et donc une impulsion spécifique maximale.

L'hydrogène est le candidat idéal, mais doit être conservé à une température voisine de moins 270 degrés ce qui n'est pas toujours possible.

Dans un propulseur "vasimr" le fluide propulsif (l'hydrogène théoriquement) pénètre dans le moteur par une canalisation en quartz; cette matière est choisie pour sa perméabilité aux micro-ondes alliée à sa grande résistance à la chaleur.

Le fluide propulsif est ensuite ionisé par de puissantes émissions de micro-ondes, ce qui fait de lui un plasma, et permet désormais de le canaliser par confinement magnétique (voir en bas de page (*)).

Maintenant que l'on a affaire à un plasma (donc conducteur d'électricité), on peut le réchauffer par induction haute fréquence ou à nouveau par micro-ondes, et comme il est confiné magnétiquement, il ne risque pas de toucher les parois, ce qui permet d'atteindre des températures très très largement supérieures à ce qu'elles pourraient supporter.

Grâce à ce système, on peut choisir entre l'éjection à très, très haute température et très, très haute vitesse (donc très, très grande impulsion spécifique) d'une très petite quantité de plasma (poussée faible) et l'éjection à vitesse plus modeste (et impulsion spécifique plus petite) d'une plus grande quantité de plasma à température plus basse (poussée plus forte).

C'est de là que vient le nom de VARIABLE specific impulse magnetoplasma rocket (fusée magnétoplasmique à impulsion spécifique VARIABLE).

Le VASIMR est un moteur plasmique puissant, il doit donc avoir une source d'énergie électrique puissante, et donc plus que probablement nucléaire.

(*)Comment fait-on pour canaliser un plasma avec un champs magnétique ?

Un plasma est un mélange (globalement neutre) d'ions positifs, et d'électrons libres (lorsque le plasma est très, très chaud, c'est le cas ici, les ions positifs sont des noyaux d'atomes ayant perdu leurs électrons) soumis à une agitation frénétique (normal, la température est énorme).

Les ions et les électrons sont porteur de charge(s) électrique(s).
Soumise à un champs magnétique, les charges électriques en mouvement sont déviées par ce champs magnétique (force de Lorentz).
Cette déviation entraine la particule dans un mouvement de rotation autour de l'axe des lignes de champs magnétique, le sens de cette rotation étant fonction du signe de la charge de la particule (+ ou -). Comme ceci:

Si la trajectoire de la particule n'est pas parfaitement perpendiculaire aux lignes de champs, donc si le mouvement de la particule à une composante longitudinale (parrallèle aux lignes de champs), sa trajectoire deviendra hélicoïdale sous l'action du champs magnétique, comme ceci:

Le champs magnétique est généré par des électro-aimants entourant le moteur.
C'est au niveau de la paroi, au plus près des électro-aimants que le champs magnétique est le plus intense.
C'est là où le champs magnétique est le plus intense que la force de déviation est la plus forte (normal).

Les particules auront donc tendance à aller vers le centre la où la "pression" magnétique est moins forte. C'est ainsi qu'un champs magnétique peut contenir et canaliser (on dit confiner) un plasma.