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Etude des interactions entre propulseurs à effet Hall et systèmes de communication de nanosatellites

Description

Contexte :

Les nanosatellites représentent aujourd’hui un axe de développement majeur de l’industrie spatiale. La diversité des missions qu’ils peuvent assurer ainsi que l’accessibilité à l’espace qu’ils incarnent sont particulièrement prometteuses pour l’avènement de ruptures technologiques majeures.

Dans ce contexte en effervescence, plusieurs concepts de propulsion sont envisagés dont certains sont déjà matures. Parmi eux, les propulseurs à effet Hall (Hall Effect Thrusters ou HET) représentent des candidats à fort potentiel, à condition de maîtriser la réduction d’échelle imposée aux solutions existantes. De nombreux développements sont ainsi en cours dans le domaine industriel pour répondre à ce besoin (Comat-Agora, Enpulsion, Exotrail, …).

Néanmoins, pour assurer leur mise en œuvre effective, il conviendra également de garantir leur compatibilité avec les sous-systèmes qui exploitent les ondes électromagnétiques pour établir des liaisons avec le nanosatellite. La thèse adresse spécifiquement cette problématique et propose plusieurs stratégies scientifiques permettant de répondre aux questions posées par cette compatibilité.

Objectifs :

Du point de vue électromagnétique, le plasma généré par un HET peut se comporter comme un milieu diélectrique (voire conducteur) inhomogène, dispersif et à pertes. En conséquence, les signaux microondes qui le rencontrent sont susceptibles de subir de fortes distorsions du fait de leur réfraction, qu’elles concernent les atténuations et / ou les déphasages.

L’objectif principal de cette thèse consiste donc à évaluer les effets des plumes des propulseurs à effet Hall sur les liaisons de communication microonde d’un nanosatellite avec des systèmes terrestres ou d’autres satellites.

Fort de cette analyse, on cherchera à proposer des règles de conception garantissant la compatibilité entre les sous-systèmes de propulsion et de liaison microonde.

Démarche :

Le problème des interactions plasma / microondes sera potentiellement traité :

Par le calcul :

- En identifiant et exploitant des modèles analytiques ou semi-analytiques capables de rendre compte de la physique élémentaire des interactions plasma / microondes.

- En hybridant des codes de calcul pour traiter à la fois les plasmas et la propagation des ondes électromagnétiques. Des outils de laboratoire ou commerciaux seront alors considérés pour évaluer la modification des propriétés des antennes (gain, polarisation) induite par la présence des plumes plasmas.

Par la mesure :

- Si des techniques de métrologie en environnement réverbérant sont disponibles (cf. proposition R&T CNES CIPPRuS), leur adaptation et leur mise en œuvre pour des nanosatellites seront étudiées. Des expérimentations seront alors réalisées au LAPLACE pour quantifier les effets des plumes sur le rayonnement.

- Sinon, des méthodes en enceintes peu réverbérantes seront évaluées. On questionnera la compatibilité des absorbants microondes d’une part avec l’ultravide requis pour la mise en œuvre des HET, et d’autre part avec des décharges plasmas. Des expérimentations seront réalisées au LAPLACE pour quantifier les effets des plumes sur le rayonnement.

Par une mission nanosatellite :

- En définissant une mission de nanosatellite, en appui sur les travaux précédents, pour évaluer les effets des plumes de HET sur les liaisons. Des mesures au sol permettront alors d’apporter les réponses recherchées.

- En proposant une mission de nanosatellite qui adopte les règles de conception que l’on aura préalablement identifiées pour compenser les éventuels effets des plumes de HET.

Profil

Master 2

Etudiant avec de solides compétences en électromagnétisme et d'éventuelles compétences généralistes dans le domaine de l'aéronautique et du spatial.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : ISAE
Directeur(rice) de thèse/recherche : PASCAL Olivier
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : olivier.pascal@laplace.univ-tlse.fr
Responsable Cnes de l'offre : LAQUERBE Vincent

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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