Posted on 5 November, 2024
ONERA, ThrustMe, and Airbus Defence and Space have initiated the IPISC project (Iodine Propulsion Interaction with Satellites and Components), supported by ESA and CNES. This project aims to evaluate the potential of iodine as a new propellant for satellites weighing over 500 kg, focusing on the interaction between iodine propulsion systems and a range of satellite materials and components. Iodine-based propulsion offers an alternative to noble gases like xenon.
The IPISC project aims to ensure that iodine can meet the demands of larger, more complex, and longer-duration missions, whether in Low Earth Orbit (LEO), Medium Earth Orbit (MEO), Geostationary Earth Orbit (GEO), or for interplanetary missions. The French team, led by ONERA, includes ThrustMe, a French SME that designs electric propulsion systems and pioneers the use of iodine in electric propulsion, and Airbus Defence and Space, a specialist in designing space platforms. Airbus will assess iodine's impact on various satellite surface materials. ONERA will contribute expertise in material resilience to the space environment, using advanced experimental and simulation capabilities to evaluate iodine's effect on satellite surface materials. ThrustMe's iodine propulsion expertise will be essential in achieving representative experimental conditions.
A Strategic Challenge
Using iodine for satellite propulsion is a strategic priority for Europe. Current propellants, such as xenon and krypton, are increasingly expensive and scarce. Worldwide, researchers are exploring iodine, as it is the only alternative capable of delivering comparable or even superior performance to noble gases in electric propulsion. ThrustMe was the first to demonstrate the effectiveness of iodine-based propulsion in space. Several of its systems are currently operational on small satellites in orbit, confirming the maturity of this innovative technology. The next frontier is larger satellites, like Airbus's over-500 kg models, which have significantly higher propellant needs and mission lifespans exceeding ten years.
Iodine is chemically reactive, and its use on satellites could impact all surface materials (e.g., solar panels, thermal coatings, optics). This study aims to assess this impact and estimate its implications for platform design and propulsion integration for satellites across different orbits.
"After our first world demonstration of iodine propulsion in space and its rapid industrialization, established industry players are now exploring it and trying to make it work - this is great news for us. We are now moving forward, enabling this technology to be used on larger platforms, for missions in low orbit, geostationary orbit, and possibly even deep space. Our ONERA and Airbus partners will bring crucial expertise in materials science, physics, and space platform engineering, while our pioneering knowledge in iodine propulsion will be essential for achieving representative experimental conditions," said Dr. Dmytro Rafalskyi, Co-Founder and CTO of ThrustMe.
Jean-Marc Charbonnier, Space Program Director at ONERA, stated, "ONERA, as France’s aerospace science institution, brings its unique expertise to the IPISC project, aligning with strategic priorities in the French space sector by strengthening the competitiveness of satellite electric propulsion and French equipment providers like ThrustMe. This project will benefit from a new, unparalleled experimental resource, PICOMAX (Ion Spraying and Contamination of Space Materials). Funded by ONERA with a €1.2 million grant from the DGA, this facility will evaluate the impact of plasma propulsion (not only iodine-based) and molecular contamination on space materials."
About ONERA, the French Aerospace Research Center
ONERA, a central player in aeronautics and space research, employs around 2,000 people. Under the Ministry of the Armed Forces, it has a budget of €289 million (2023), with over half from commercial contracts. A state expert, ONERA prepares for tomorrow's defense, addresses future aerospace challenges, and supports the competitiveness of the aerospace industry. Its expertise spans all aerospace disciplines and technologies. Major civil and military aerospace programs in France and Europe carry ONERA's DNA: Ariane, Airbus, Falcon, Rafale, missiles, helicopters, engines, radars... Recognized internationally and often awarded, its researchers train many Ph.D. students.
About ThrustMe:
Founded in 2017, ThrustMe’s mission is to build a sustainable future for the space industry. The company develops, produces, and provides propulsion systems and services that enable satellites to maneuver in space. In 2020, ThrustMe made history by demonstrating the first iodine-powered electric propulsion system in space, realizing an industry dream over 60 years old. Since then, ThrustMe continues to innovate, positioning itself as a pioneer in the next era of the space industry: the industrial era of space.
L’ONERA, ThrustMe et Airbus Defence and Space viennent de lancer le projet IPISC (Iodine Propulsion Interaction with Satellites and Components), soutenu par l’ESA et le CNES. Ce projet vise à évaluer les potentiels de l’iode comme nouveau propulseur pour les satellites de plus de 500 kg et notamment l'interaction des systèmes de propulsion à l'iode avec une gamme de matériaux et de composants de satellites. La propulsion par iode est une alternative aux gaz rares comme le xénon.
Le projet d’intérêt majeur IPISC a pour but la garantie que l'iode puisse répondre aux exigences de missions plus grandes, plus complexes et de plus longue durée, qu'elles soient en orbite terrestre basse (LEO), en orbite terrestre moyenne (MEO), en orbite géostationnaire (GEO), ou pour des missions interplanétaires. L'équipe française, dirigée par l’ONERA, est composée de la PME française ThrustMe, concepteur de propulseurs électriques et pionnier dans l'utilisation de l'iode pour la propulsion électrique et d'Airbus Defence and Space, spécialiste dans le design de plateformes électriques pour l'Espace. Airbus sera en charge d'évaluer l'impact de l'iode sur l'ensemble des matériaux de surface d'un satellite. L’ONERA amènera son expertise concernant la tenue des matériaux à l'environnement spatial et mettra à disposition ses moyens expérimentaux et de simulation numérique au meilleur niveau afin d'évaluer l'impact de l'iode sur les matériaux de surface des satellites. Enfin, l'expertise de ThrustMe en propulsion à l'iode sera essentielle à l’obtention de conditions expérimentales représentatives.
Un enjeu stratégique
L'utilisation de l'iode pour la propulsion des satellites est un enjeu stratégique pour l'Europe. Les propulseurs actuels utilisent du Xénon (ou du Krypton) dont le prix ne cesse d’augmenter alors que la disponibilité se raréfie. De nombreux essais sont menés à travers le monde pour exploiter l’iode, car c’est la seule alternative capable d’offrir des performances comparables, voire supérieures, à celles des gaz nobles dans le domaine de la propulsion électrique. L’entreprise française ThrustMe a été la première à démontrer l’efficacité de la propulsion spatiale à base d’iode. Aujourd'hui, plusieurs de ses systèmes sont déjà opérationnels en orbite sur les petits satellites, confirmant la maturité de cette technologie innovante. La prochaine frontière concerne les satellites de plus grande taille, comme ceux d'Airbus qui pèsent plus de 500 kg, dont les besoins en propergols sont nettement plus élevés et la durée de vie des missions est censée dépasser une dizaine d'années.
L'iode est une espèce réactive chimiquement et son utilisation sur un satellite pourrait avoir un impact sur l'ensemble les matériaux utilisés en surface (panneaux solaires, revêtements thermiques, optiques, ...). L'objet de l'étude est d'évaluer cet impact et d'en estimer les conséquences sur le design des plateformes et l’intégration des propulseurs pour des satellites sur les différentes orbites.
"Après notre première démonstration mondiale de la propulsion à l'iode dans l'espace et son industrialisation rapide, de nombreux acteurs industriels établis l'étudient actuellement et tentent de la faire fonctionner - c'est une excellente nouvelle pour nous. Nous allons maintenant aller plus loin, en permettant à cette technologie d'être également utilisée sur de grandes plateformes, pour des missions en orbite basse, en orbite géostationnaire et peut-être même dans l'espace lointain. Nos partenaires de l'ONERA et d'Airbus apporteront des compétences cruciales en science des matériaux, en physique et en ingénierie des plateformes spatiales, tandis que nos connaissances pionnières en matière de propulsion à l'iode seront essentielles pour obtenir des conditions expérimentales représentatives", Dr. Dmytro Rafalskyi, cofondateur et directeur technique de ThrustMe.
Jean-Marc Charbonnier, directeur de programmes Espace à l'ONERA déclare : "L’ONERA, l’acteur scientifique aérospatial français, apporte son expertise unique au monde au projet IPISC qui s’inscrit dans les enjeux stratégiques du secteur du spatial français, en renforçant la compétitivité de la propulsion électrique des satellites et des équipementiers français comme ThrustMe. Ce projet va bénéficier d’un nouveau moyen expérimental sans équivalent, PICOMAX (Pulvérisation Ionique et Contamination des Matériaux SpatiauX). Ce moyen financé par l’ONERA à hauteur de 1.2 M€ grâce à la subvention de la DGA permettra d'évaluer l'impact de la propulsion plasma (pas uniquement à l'iode) et de la contamination moléculaire sur les matériaux spatiaux."
A propos de l’ONERA, le centre français de recherche aérospatiale
L’ONERA, acteur central de la recherche aéronautique et spatiale, emploie environ 2000 personnes. Placé sous la tutelle du ministère des Armées, il dispose d’un budget de 289 millions d’euros (2023) dont plus de la moitié provient de contrats commerciaux. Expert étatique, l’ONERA prépare la défense de demain, répond aux enjeux aéronautiques et spatiaux du futur, et contribue à la compétitivité de l’industrie aérospatiale. Il maîtrise toutes les disciplines et technologies du domaine. Tous les grands programmes aérospatiaux civils et militaires en France et en Europe portent une part de l’ADN de l’ONERA : Ariane, Airbus, Falcon, Rafale, missiles, hélicoptères, moteurs, radars… Reconnus à l’international et souvent primés, ses chercheurs forment de nombreux doctorants.
À propos de ThrustMe :
Fondée en 2017, ThrustMe a pour mission de construire un avenir durable pour l'industrie spatiale. L'entreprise développe, produit et fournit des systèmes de propulsion ainsi que des services permettant aux satellites de manœuvrer dans l’espace. En 2020, ThrustMe a marqué l’histoire en démontrant le premier système de propulsion électrique alimenté par de l’iode dans l’espace, réalisant ainsi un rêve de l’industrie qui durait depuis plus de 60 ans. Depuis lors, ThrustMe continue d’innover et se positionne en pionnier de la prochaine ère de l'industrie spatiale : l’ère industrielle de l’espace.