Posted on 30 September, 2020
After significant support from the French state and the European Commission, ThrustMe announces their first contract with the European Space Agency (ESA) ARTES C&G programme in support of the development of a breakthrough technology to solve emerging challenges in space associated with the rise of satellite constellations.
The space industry is growing rapidly, and an exponential increase in the number of satellites launched into space is expected in the coming decade. The industry is facing new challenges, particularly with the increase in satellite constellations, and in-space propulsion is becoming a critical subsystem to ensure the environmental sustainability of space, and enable economic sustainability for the industry.
Existing space propulsion systems are not suitable for the next generation of satellites. Chemical propulsion solutions require too much propellant, while traditional electric propulsion systems need too much power, and most are too complex for streamlined production and integration. “But the biggest problem of all is the propellant. For ride share missions it is just not safe enough to use pressurized gas propellants, which in addition, can lead to very high direct and indirect costs in the overall use of propulsion, particularly with regards to testing, assembly, and launch integration”, explains Ane Aanesland, CEO of ThrustMe.
ThrustMe has demonstrated groundbreaking achievements in developing electric propulsion systems with unmatched performance for the new space paradigm. “We have leveraged the technology of our existing cold gas system, the I2T5, which was launched last year, and which was the first ever iodine propulsion system tested in space. Our new iodine electric propulsion system, the NPT30, uses plasma generation and beam neutralization technologies that have been under development at ThrustMe since 2017, and have already reached a high-level of maturity through extensive testing and qualification campaigns” says Dmytro Rafalskyi, CTO of ThrustMe.
While most electric propulsion systems currently use xenon propellant, it has become evident that this is not a viable long term solution. If we keep using xenon, the total space industry demand alone will exceed twice the global capacity of xenon production in the next 5-10 years. This is one reason why SpaceX, for example, are using krypton for their Starlink satellites. “But Krypton is just a quick fix before better solutions come along”, says Ane Aanesland.
Iodine has been considered a promising alternative propellant for over a decade, and is identified as a key strategic technology for space, due to its higher density, easier storage, and lower costs – this while still giving similar, or even better, thruster performance than xenon. Both NASA and ESA have initiated significant R&D programs for the purpose of developing technologies compatible with iodine thrusters, but so far, only ThrustMe has demonstrated the building blocks of this technology in space. “We have been impressed by ThrustMe’stechnical solution for using iodine for space propulsion. We see the value to the satcom industry and are pleased to support ThrustMe in this upcoming demonstration through the ARTES C&G programme.”, says Barnaby Osborne, Small Satellite Technology Coordinator, ESA Telecommunications and Integrated Applications.
In 2019, the French Space Agency, CNES, supported the development of ThrustMe’s iodine technologies via a project as part of their R&T program. “We have very strong confidence in both the team and the technology being developed at ThrustMe, and we are eager to see the first results in space”, says Thomas Lienart, Head of the Propulsion, Pyrotechnics and Aerothermodynamics office at CNES.
About ThrustMe:
ThrustMe is an in-space propulsion company based in the Paris-region, France, which spun out from a joint research lab of Ecole Polytechnique and the French National Centre for Scientific Research (CNRS). Founded by Dr Ane Aanesland and Dr Dmytro Rafalskyi in 2017, ThrustMe was born because of the rise of small satellite constellations and their need for adequate in-orbit propulsion solutions to enable economic and environmental sustainability for the industry, and of space. ThrustMe has a portfolio of propulsion solutions for a wide range of satellites and space missions. In 2019 they made history with the demonstration of the world’s first iodine propelled spacecraft together with Spacety, one of the first commercial aerospace companies in China.
About the NPT30-I2:
Named after the farthest known planet in our Solar System, Neptune (in short NP), the Thruster (T) can operate with a minimum power of 30 W (30). The NPT30 is a smart, turnkey, electric propulsion system using solid iodine propellant, and designed for the next generation of cost-capped and streamlined satellitessent into space on a ride-share basis. It provides the very high total impulse that these satellites need for deployment, significant orbit changes, collision avoidance maneuvers, and finally, end-of-life removal to reduce space debris and free up important operational orbits.
About the ARTES program:
The Directorate of Telecommunications and Integrated Applications (TIA) is the part of ESA shaping and supporting innovation for the satcom business. This is achieved through ESA’s programme of Advanced Research in Telecommunications Systems (ARTES). By stimulating R&D and forging partnerships, TIA and the ARTES 4.0 programme enable European and Canadian industry to develop innovative products, services, applications and even whole systems that give them a leading edge in a highly competitive global market.
L’industrie spatiale se métamorphose depuis quelques années grâce notamment à une augmentation exponentielle du nombre de satellites prévue dans la prochaine décennie à venir. Cet essor engendre l’émergence de nouvelles problématiques bien spécifiques – surtout relatives aux constellations de centaines/milliers de satellites – liées à des considérations économiques et environnementales que seule la propulsion spatiale peut résoudre.
Mais les systèmes de propulsion actuellement disponibles sur le marché ne sont pas adaptés pour la nouvelle génération de satellites. Les systèmes de propulsion chimique requièrent des quantités d’ergol (« essence ») trop importantes, tandis que les systèmes de propulsion électrique traditionnels ont besoin de trop de puissance électrique pour fonctionner et sont bien trop complexes pour mettre en place des processus de production et d’intégration simplifiés. « La plus grande difficulté réside dans l’ergol. En effet, les gaz pressurisés présentent des risques importants lors des lancements et augmentent considérablement les coûts directs et indirects, en particulier les coûts liés aux tests, à la qualification et à l’intégration du satellite dans le lanceur » explique Ane Aanesland, PDG de ThrustMe.
C’est ainsi que ThrustMe propose de l’iode solide comme ergol pour pallier ces problèmes. ThrustMe a déjà obtenu des résultats sans précédents et compte bien continuer dans cette voie grâce à son nouveau système de propulsion électrique répondant aux besoins de l’industrie. « Nous avons exploité la technologie de notre système à gaz froid, l’I2T5, qui fut lancé dans l’espace l’année dernière et qui est le premier système de propulsion au monde à utiliser de l’iode. Notre nouveau système de propulsion électrique, le NPT30, utilise non seulement de l’iode comme ergol, mais combine aussi des technologies innovantes pour générer le plasma et neutraliser le faisceau d’ions en sortie du propulseur. Ces technologies ont été développées par ThrustMe à partir de 2017 et ont déjà atteint des niveaux de maturité avancés grâce à des campagnes de qualification poussées » précise Dmytro Rafalskyi, Directeur Technique de ThrustMe.
Alors que la plupart des systèmes de propulsion électrique utilisent actuellement du xénon comme ergol, il devient évident que ce n’est pas une solution viable sur le long terme car la demande en xénon du secteur spatial sera le double de ce que la production mondiale pourra fournir dans les 5 à 10 prochaines années. C’est une des raisons pour lesquelles SpaceX s’est tourné vers le krypton pour sa constellation de satellites Starlink. « Mais le krypton n’est qu’une solution palliative en attendant que de meilleures alternatives arrivent », commente Ane Aanesland.
L’iode fait partie de ces alternatives. Il est reconnu comme une solution des plus prometteuses depuis plus de 10 ans par la communauté scientifique car il offre de multiples avantages. Son utilisation par rapport au xénon par exemple permet de diminuer drastiquement les coûts (d’approvisionnement, de qualification, de développement), de simplifier le stockage et d’en augmenter la densité. Mais surtout, l’iode offre des performances de propulsion similaires voir meilleures que celles du xénon. L’ESA et la NASA ont chacune initié des programmes de R&D pour le développement de technologies compatibles avec l’iode, mais jusqu’ici seul ThrustMe a pu effectuer des tests en situation réelle et démontrer la pertinence et l’efficacité de tels systèmes dans l’espace. « Nous avons été impressionnés par la proposition technique de ThrustMe concernant l’utilisation spatiale de l’iode. Nous y voyons une vraie valeur ajoutée pour l’industrie des télécommunications satellitaires et sommes heureux de pouvoir soutenir ThrustMe via le programme d’ARTES C&G pour leur démonstration à venir » s’enthousiasme Barnaby Osborne, Coordinateur de Technologies pour Satellites de l’ESA.
Le Centre National d’Études Spatiales (CNES) a aussi soutenu le développement de technologies pour l’iode de ThrustMe via son programme de R&T. Thomas Liénart, Directeur du bureau de Propulsion, Pyrotechniques et Aérothermodynamiques du CNES, précise : « Nous avons une confiance totale envers l’équipe et les technologies de ThrustMe et nous sommes réellement impatients de voir les premiers résultats en vol ! »
À propos de ThrustMe:
ThrustMe est une entreprise Française de propulsion spatiale issue du laboratoire de recherche commun de l’École Polytechnique et du CNRS et basée en région parisienne. Fondée par Ane Aanesland et Dmytro Rafalskyi en 2017, ThrustMe est né d’une volonté de répondre aux besoins de propulsion spatiale du marché croissant des constellations de satellites et d’ainsi permettre à l’industrie spatiale de rester viable économiquement et nvironnementalement. ThrustMe dispose pour cela d’un portfolio de systèmes de propulsion clés en main qui répondent aux besoins de différents types de satellites et de missions. En 2019, l’entreprise a réussi une première mondiale en faisant fonctionner le premier système de propulsion à iode sur un satellite, lui-même construit par SpaceTy, une des premières entreprises commerciales spatiales Chinoise.
À propos du NPT30-I2:
Le NPT30 est nommé en hommage à la planète Neptune (NP), et combine le terme anglais définissant un système de propulsion (Thruster), ainsi que la puissance minimale requise pour l’opérer (30 W). Le NPT30 est un système de propulsion électrique clé en main qui utilise de l’iode solide comme ergol. Ce système a été conçu pour la prochaine génération de satellites dont le but est de simplifier la chaîne de production tout en en diminuant les coûts sans diminuer la performance. Sa très grande impulsion totale permet à ces satellites d’effectuer des manœuvres complexes telles que des changements d’orbite importants, des déploiements de constellations et des manœuvres d’évitement ou de fin de vie afin qu’ils n’encombrent pas les orbites les plus demandées.
À propos du programme ARTES:
Le Directoire des Télécommunications et Applications Intégrées (TIA) est la division de l’ESA responsable de soutenir les innovations dans le domaine des télécommunications satellitaires. Cela est rendu possible par le programme de l’ESA « Advanced Research in Telecommunications Systems » (ARTES). En stimulant la R&D et créant des partenariats, le TIA et le programme ARTES 4.0 permettent à l’industrie Européenne et Canadienne de développer des produits, services, applications et systèmes innovants qui vont leur donner un avantage concurrentiel.