Brevet FR2651022A1 — publié le 19910222

La présente invention concerne de façon générale de petits systèmes de propulsion utilisés pour la manoeuvre des vaisseaux spatiaux, et elle concerne en particulier un propulseur à réaction assisté par un arc électrique, de type électro-thermique et mettant en oeuvre une ou plu- sieurs caractéristiques destinées à améliorer les perfor- mances. On sait qu'un propulseur à réaction assisté par un arc électrique, de type électro-thermique, transforme l'énergie électrique en énergie thermique par transfert de chaleur d'une décharge disruptive à un courant de propergol et transforme l'énergie thermique en énergie cinétique orientée par détente du propergol chauffé dans une tuyère. On peut se reporter, pour la description historique de la construction et du fonctionnement d'un propulseur à réac- tion assisté par un arc électrique et des problèmes posés par ce type de propulsion électro-thermique, aux documents suivants: "Arcjet Thruster for Space Propulsion" par L.E. Wallner et J. Czika, Jr., NASA Tech. Note D-2868, juin 1965, "The Arc Heated Thermal Jet Engine" de F.G. Penzig, AD 671 501, Holloman Air Force Base, mars 1966, et "Physics of Electric Propulsion" de R.G. Jahn, McGrawHill Book Company, 1968. On peut aussi consulter le brevet des Etats- Unis d'Amérique n 4 548 033 de G.L. Cann. La plupart des propulseurs à réaction assistés par un arc électrique ont, comme caractéristiques communes, une anode sous forme d'un corps de tuyère et une cathode sous forme d'une barre cylindrique et ayant un bout conique. Le corps de tuyère a une chambre de formation d'arc électrique délimitée par un rétrécissement disposé dans une partie arrière du corps et une tuyère dans une partie avant. La tige cathodique est alignée sur l'axe longitudinal du corps de tuyère, son bout conique pénétrant à l'extrémité amont de la chambre de formation de l'arc, à distance du rétré- cissement, afin qu'un espace soit délimité entre eux. Un arc électrique est d'abord amorcé entre la tige cathodique et le corps de tuyère anodique à l'entrée du rétrécissement. L'arc est alors chassé vers l'aval dans le rétrécissement par le courant tourbillonnaire sous pression formé d'un propergol gazeux introduit dans la chambre autour de la tige cathodique. L'arc se stabilise et se fixe à la tuyère. Le propergol gazeux est chauffé dans la région du rétrécissement et dans la région de diffusion de l'arc à l'embouchure de la tuyère en aval de la sortie du rétrécis- sement. Le gaz très chauffé est alors évacué par la tuyère afin qu'il assure la poussée. Historiquement, on a utilisé des propergols purs, par exemple de l'ammoniac (NH3) ou l'hydrogène (H2) dans. les propulseurs à réaction assistés par arc électrique, de type électro-thermique. Plus récemment, on a utilisé l'hy- drazine (N2H4) comme propergol dans les propulseurs à réac- tion assistés par un arc, mis au point par la Demanderesse. Les propergols tels que l'ammoniac et l'hydrazine peuvent être emmagasinés dans l'espace sous forme d'un liquide sans réfrigération, alors que les propergols cryogéniques tels que l'hydrogène et l'hélium ne le peuvent pas. Les niveaux impulsionnels qui peuvent être obtenus avec les propergols qui peuvent être facilement emmagasinés dans l'espace (par exemple NH3, N2H4) ont été limités à une valeur comprise entre 8000 et 10000 N.s/kg, nettement inférieure aux valeurs qui peuvent être obtenues avec les propergols cryo- géniques (tels que H2, He) qui peuvent atteindre 15000 N.s/kg. Cependant, l'avantage des propergols cryogéniques au point de vue des performances, dû essentiellement à leur très faible masse moléculaire, est compensé par ces mêmes caractéristiques qui rendent difficile et coûteux l'emmaga- sinage dans l'espace en quantités utiles. Néanmoins, il serait souhaitable de pouvoir augmenter les performances de poussée à une valeur proche de celles qui peuvent être obtenues avec les propergols cryogéniques, sans les diffi- cultês normalement présentées par ces propergols. La présente invention concerne un propulseur à réac- tion assisté par un arc électrique ayant des performances améliorées pour qu'elles correspondent aux critères préci- tés. L'invention repose sur la découverte du fait que les performances de ces propulseurs peuvent être améliorées et augmentées par une approcheplus élaborée de la composition du propergol utilisé dans le propulseur et de l'injection et de la circulation du courant de propergol dans la chambre de l'arc électrique du propulseur. L'invention met en oeuvre plusieurs caractéristiques différentes, inconnues de la technique antérieure, et qui améliorent notablement la résolution des problèmes posés par l'utilisation des propergols cryogéniques, mais ayant des caractéristiques prometteuses pour l'amélioration des performances du propulseur à réaction assisté par un arc électrique afin qu'il constitue un système rentable et fiable de propulsion lors de la manoeuvre d'un vaisseau spatial. La plupart des caractéristiques sont avantageuse- ment incorporées dans un même propulseur afin que les per- formances et le rendement soient suffisamment accrus, bien que, dans certains cas, les avantages de certaines des caractéristiques peuvent être obtenus séparément des autres caractéristiques dans des propulseurs différents. Essentiellement, chacune des caractéristiques amé- liore les performances du propulseur, son rendement et/ou sa durée d'utilisation. Une première caractéristique con- cerne l'addition de petites quantités d'un second consti- tuant gazeux, de préférence un propergol cryogénique, au courant principal de la charge de propergol emmagasinable transmis au jet de propulsion afin que l'impulsion spéci- fique soit accrue. Une autre caractéristique concerne l'injection de petites quantités d'un second propergol gazeux, encore de préférence un propergol cryogénique, dans la région de la chambre de l'arc qui entoure la cathode du propulseur afin premièrement. que les propriétés physiques de la colonne formée dans l'arc soient modifiées et réduisent l'énergie perdue par les pertes dans le courant refroidi, et deuxiè- mement que les conditions thermiques et chimiques à la surface de la cathode réduisent au minimum les contraintes thermiques et l'érosion chimique et augmentent ainsi la durée de vie de la cathode. Une autre caractéristique concerne la recirculation d'une petite fraction de propergol, à l'aide de la diffé- rence de pression importante existant entre la source, dans la couche limite du rétrécissement, et l'emplacement d'in- jection proche de la cathode, afin que la charge de pro- pergol transmise à la région centrale de l'arc soit pré- chauffée et que le rendement du propulseur et l'impulsion spécifique soient accrus. Une caractéristique finale concerne la création d'un mélange de propergols gazeux destiné à accroître les per- formances du jet de propulsion par décomposition contrôlée d'un gaz d'alimentation du réacteur-régénérateur qui uti- lise les chaleurs perdues disponibles dans le corps de l'anode du propulseur. Ces avantages et caractéristiques de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront à l'homme du métier à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent un mode de réalisa- tion représentatif de l'invention. Dans la description détaillée qui suit, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe axiale schématique de la tige cathodique et du corps de tuyère anodique d'un propul- seur à réaction assisté par un arc électrique classique de la technique antérieure. La figure 2 est un graphique représentant la rela- tion entre l'impulsion spécifique et le rapport de la puis- sance d'entrée du propulseur.au débit massique total pour différents mélanges propergols, selon une première caracté- ristique de l'invention. La figure 3 est une coupe schématique axiale d'un' premier mode de réalisation de propulseur à réaction assisté par un arc électrique ayant des performances accrues, mettant en oeuvre un premier type d'injection de propergol selon une seconde caractéristique de l'invention. La figure 4 est une coupe axiale schématique d'un second mode de réalisation de propulseur à réaction assisté par un arc électrique ayant des performances accrues, 'par mise en oeuvre d'un second type d'injection de propergol selon une troisième caractéristique de l'invention. La figure 5 est une coupe axiale schématique d'un troisième mode de réalisation de propulseur à réaction assisté par un arc électrique ayant des performances accrues, mettant en oeuvre un premier type d'injection et de circulation de propergol selon une quatrième caractéris- tique de l'invention. La figure 6 est une coupe axiale schématique d'un quatrième mode de réalisation de propulseur à réaction assisté par un arc électrique ayant des performances accrues, mettant en oeuvre un second type d'injection et de circulation de propergol selon une cinquième caractéris- tique de l'invention. La figure 7 est une coupe du quatrième mode de réa- lisation de propulseur suivant la ligne 6-6 de la figure 6. Dans la description qui suit, des références iden- tiques désignent des éléments analogues ou correspondants sur les diverses figures. Dans les différents modes de réalisation de propulseurs ayant les caractéristiques de l'invention, les parties correspondant à celles du propul- seur classique ou de la technique antérieure portent les mêmes références numériques, mais avec des lettres dif- férentes. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique clas- sique de la technique'antérieure On se réfère maintenant aux dessins et en particu- lier à la figure 1; elle représente sous forme partielle et schématique un propulseur à réaction assisté par un arc électrique de type électro-thermique ayant une configura- tion géométrique formant un arc délimité,.de type classique selon la technique antérieure et portant la référence géné- rale 10. De manière connue, le propulseur 10 comprend de façon générale une anode 12 sous forme-d'un corps cylin- drique formé d'un métal conducteur de l'électricité et une cathode 14 sous forme d'une tige cylindrique allongée for- mée d'un métal conducteur de l'électricité et ayant un bout conique 16. Le corps anodique 12 a une chambre 18 d'arc délimitée par un rétrécissement 20, sous forme d'une sur- face cylindrique 22 dans une partie arrière du corps et d'une tuyère 24 sous forme d'une surface conique 26 dans une partie avant. La tige cathodique 14 est alignée sur l'axe longitudinal A du corps anodique 12, son bout 16 pénétrant à l'extrémité amont de la chambre 18, à distance du rétrécissement 20, afin qu'un espace 28 ou entrefer soit délimité entre eux. Un organe 30 de réglage de puissance est relié élec- triquement entre le corps anodique 12 et la tige cathodique 14 et peut fonctionner de manière connue afin qu'il éta- blisse un potentiel électrique entre eux, ce potentiel étant positif au corps anodique 12 et négatif à la tige cathodique 14, afin qu'un arc 32 soit amorcé dans l'espace 28. L'organe 30 de réglage de puissance est représenté sous forme d'un rectangle car ses éléments sont bien connus dans la technique et leur reproduction détaillée ne ferait qu'augmenter la complexité de la description du propulseur sans en augmenter la clarté. L'arc 32 est d'abord amorcé entre le bout 16 de la tige cathodique 14 et le corps anodique 12 à l'entrée du rétrécissement 20. L'arc 32 est alors déplacé vers l'aval le long de la surface 22 du rétrécissement 20 par le cou- rant tourbillonnaire sous pression d'un propergol gazeux, comme indiqué par la flèche 34, dans l'espace 28 et au-delà de celui-ci, dans le rétrécissement 20 et hors de la tuyère 24 du propulseur 10. L'arc 32 se stabilise à la surface 26 de la tuyère 24 du corps anodique 12. Dans le propulseur à réaction assisté par un arc électrique 10 ayant une configuration géométrique à arc délimité de type classique, l'arc électrique 32 est "rétréci" par la configuration géométrique à électrodes parallèles de la surface cylindrique 22 du rétrécissement et par les forces radiales dynamiques du gaz formant le tourbillon induit par l'injection tangentielle du proper- gol. Le propergol gazeux est chauffé dans la région du rétrécissement 20 et dans la région de diffusion de l'arc à l'embouchure 36 de la tuyère 24 en aval de la sortie du rétrécissement. Ce gaz surchauffé est alors évacué hors de la tuyère 24 afin qu'il assure la poussée. Le circuit élec- trique du propulseur 10 est fermé entre la tige cathodique 14 et le corps anodique 12 et la fixation de l'arc s'effec- tue dans la région de l'embouchure 36 de la tuyère. L'em- placement de fixation de l'arc dans le corps anodique 12 est déterminé par le débit massique qui "pousse" la région de diffusion de l'arc le long de la tuyère 24, et par la disponibilité d'une région conductrice de l'électricité, c'est-à-dire le corps anodique, permettant la fixation de l'arc. Inconvénients du propulseur à réaction assisté par un arc électrique de type classique Les performances du propulseur 10 ne sont pas opti- males et ceci peut être attribué au-moins en partie à deux inconvénients. Un premier inconvénient est que, comme indi- qué précédemment de manière sommaire, les propergols envi- sagés le plus couramment pour la formation des jets de propulsion dans un arc pour la propulsion spatiale, tels que l'ammoniac et l'hydrazine, bien qu'ils puissent être emmagasinés de façon relativement commode dans l'espace, ne - permettent l'obtention que d'impulsions spécifiques limi- tées. Ainsi, comme on peut le prévoir, leur utilisation donne au propulseur des performances qui ne sont pas opti- males. D'autres propergols potentiels tels que les gaz cryogéniques hydrogène et hélium, bien qu'ils puissent donner des impulsions spécifiques bien plus élevées, aug- mentent les problèmes d'emmagasinage qui en font des candi- dats peut attrayants pour les missions nécessitant des masses importantes de propergol. Un second inconvénient est que, dans les essais de durée dépassant huit heures, le propulseur classique 10 à réaction assisté par un arc électrique présente une érosion importante de la cathode 14 due à un fonctionnement pro- longé à des températures cathodiques très élevées et à l'exposition pendant ce temps à des espèces très réactives formées à partir d'impuretés sous forme de traces contenues- dans l'ammoniac et l'hydrazine des qualités habituellement utilisées comme propergols. Plus précisément, à propos de ce second inconvénient, dans le propulseur classique 10 à réaction assisté par un arc électrique, le propergol gazeux est introduit dans la partie de la chambre 18 qui entoure la cathode 14 de manière que le vecteur vitesse ait une composante circonférentielle importante en plus de la com- posante de vitesse vers l'aval, le long de l'axe A du corps anodique 12 et du rétrécissement 20. Le résultat est la formation d'un courant tourbillonnaire concentrique à l'axe A et qui a une direction générale parallèle à la surface cylindrique 22 du rétrécissement 20, vers la tuyère 24 de détente. Une caractéristique d'un tel régime en courant tourbillonnaire est une âme centrale à pression relative- ment faible entourée par une région externe à pression plus élevée à proximité de la surface ou de la paroi 22 du rétrécissement. Le gradient radial résultant de pression assure une stabilisation de l'arc 32 qui est amorcé axiale- ment entre la cathode 14 et le corps anodique 12, et se maintient dans l'âme centrale à pression réduite comme représenté sur la figure 1. Ce confinement dynamique par le gaz facilite le fonctionnement de l'arc 32 à des tempéra- tures bien supérieures à la température de fusion du maté- riau du corps anodique 12 qui est en général formé d'-un matériau réfractaire tel que le tungstène. Des gradients radiaux très importants de température existent dans le rétrécissement 20 et la tuyère 24, les températures à proximité du centre de l'arc 32 formant le plasma dépassant 10000 K, et les températures moyennes étant de 3500 à 5000 K. Le fonctionnement de l'arc et ainsi les perfor- mances du propulseur dépendent d'un équilibre complexe entre le dégagement de chaleur, le transfert de chaleur, la réaction chimique- ionique, et les processus de rayonnement qui sont fortement affectés par les propriétés du propergol gazeux. On décrit maintenant les caractéristiques de la présente invention qui concernent directement différents mélanges ou compositions de propergols destinés à être utilisés dans le propulseur à réaction assisté par un arc électrique et des variantes d'injection et de circulation du courant de propergol dans la chambre de l'arc afin que les inconvénients du propulseur classique 10 décrit précé- demment soient réduits et en conséquence que ses perfor- mances se soient accrues. - Mélanges propergols avec des adjuvants donnant une impul- sion spécifique élevée La première caractéristique de l'invention concerne l'obtention de performances accrues du propulseur par uti- lisation d'un mélange propergol différent dans lequel le propergol principal classique contient un adjuvant donnant une impulsion spécifique accrue. De petites quantités d'un second constituant gazeux de faible masse moléculaire, tel que l'hydrogène qui est un gaz cryogénique, mélangées au propergol gazeux emmagasinable principal, tel que l'ammo- niac, ont permis d'obtenir des performances du propulseur qui sont accrues d'une quantité plus importante que celle qu'on peut prévoir par formation de la moyenne des para- mètres de performances des constituants purs en fonction de leur poids. Cette augmentation des-performances du propulseur est illustrée par le graphique de la figure 2 qui repré- sente des données obtenues au cours d'essais réalisés avec un propulseur à réaction assisté par un arc électrique de la catégorie 30 kW. Les données sont indiquées sous forme de l'impulsion spécifique (Isp) en fonction du rapport de la puissance d'entrée (P) du propulseur au débit massique total (ih) pour différents mélanges propergols. Les résul- tats obtenus expérimentalement avec l'hydrogène pur (H2) et l'ammoniac pur (NH3) sont aussi indiqués, ainsi que ceux de sept mélanges (NH3/H2). Ainsi, un mélange de 20 % d'hydro- gène et 80 % d'ammoniac en poids peut donner des valeurs d'impulsion 'spécifique, dans un propulseur, qui sont presque la moyenne des impulsions spécifiques des consti- tuants purs. Ces effets très importants sont dus en général à la façon dont l'adjuvant de masse moléculaire réduite, tel que l'hydrogène, affecte les propriétés physiques lors du fonc- tionnement de l'arc et en particulier la réduction des pertes par refroidissement du courant. Les pertes par refroidissement du courant qui comprennent l'ionisation, la dissociation et la transmission d'énergie à des états molé- culaires excités, se présentent lorsque le propergol gazeux est porté à des températures très élevées par contact intime avec un arc électrique et est ensuite chassé par une tuyère. Le temps de séjour dans.les régions à haute pres- sion est insuffisant pour que les ions ou les molécules dissociées se recombinent ou pour que les états excités présentent une relaxation. L'énergie mise en oeuvre par ces processus est donc perdue et n'est pas disponible pour la poussée. Les petites quantités des adjuvants ou constituants "germes" peuvent être ajoutées au courant du propergol principal de l'une quelconque de plusieurs manières. Un procédé comprend le mélange global des constituants emmaga- sinés séparément sous forme d'un mélange homogène avant introduction dans la chambre au niveau de la cathode. Un autre procédé est l'emmagasinage puis l'utilisation des gaz sous forme d'un mélange homogène. Un autre procédé est l'injection de l'adjuvant emmagasiné séparément, dans la région entourant la cathode, puis préférentiellement dans la région centrale du courant contenant l'arc, dans laquelle la modification du fonctionnement de l'arc peut être bien moins importante que dans le cas du mélange des constituants en amont du propulseur. (Un dispositif destiné à une telle injection correspond à la seconde et à la troi- Il - sième caractéristique de l'invention comme décrit dans la suite). Un autre procédé est la création de l'adjuvant voulu par décomposition chimique partielle contrôlée du courant de propergol principal dans un réacteur-régénéra- teur qui utilise les chaleurs perdues du corps anodique du propulseur. (Un dispositif permettant une telle création de l'adjuvant se rapporte à la cinquième caractéristique de l'invention, décrite plus loin dans la suite du présent mémoire). Injection de propergol dans la région du bout de la cathode La seconde et la troisième caractéristique de l'in- vention concernent deux moyens différents pour l'injection du propergol principal et de l'adjuvant qui sont emmagasi- nés séparément, dans la région entourant la cathode. Les figures 3 et 4 représentent un premier et un second mode de réalisation de propulseurs à réaction assistés par un arc électrique, ayant des.performances accrues, portant la référence générale 10A, 0lB, et mettant en oeuvre ces caractéristiques respectives. Les réalisations et éléments fondamentaux des propulseurs 10A, 0lB sont semblables de façon générale à ceux du propulseur 10 de la figure 1; ainsi, on ne décrit en détail dans la suite que les diffé- rences entre eux. Dans le premier et le second mode de réalisation, les propulseurs 10A, lOB ont des lumières 38 délimitées dans les corps anodiques 12A, 12B permettant l'injection des courants du propergol principal dans les chambres 18A, 18B respectivement en amont du bout cathodique 16A, 16B. Les dispositions angulaires des lumières 38 par rapport aux axes A des corps anodiques 12A, 12B sont telles que les courants injectés du propergol principal créent des cou- rants tourbillonnaires vers les axes des chambres 18A, 18B et des rétrécissements 20A, 20B et le long de ces axes. Les lumières 38 sont reliées par des canalisations (non repré- sentées) à une source convenable (non représentée) d'un propergol gazeux principal, tel que celui qui a été utilisé dans les propulseurs connus jusqu'à présent. En outre, le premier mode de réalisation de propul- seur de la figure 3 représente un dispositif d'injection d'un propergol adjuvant par l'intérieur de la tige catho- dique 14A dans la région de la chambre 18A se trouvant au bout 16A de la cathode et dans la région centrale de l'arc 32A. Le dispositif d'injection est sous forme d'un passage cylindrique central 40 de grand diamètre ayant plusieurs canaux d'extrémité 42 de plus petit diamètre, formes sui- vant la longueur de la tige cathodique 14A du propulseur 10A. Les canaux 42 d'extrémité s'évasent vers l'extérieur depuis l'extrémité aval du passage 40. Les canaux 42 ont des sorties 44 proches de l'extrémité aval 46 du bout cathodique 16A, mais suffisamment en amont de ce bout et de la zone de fixation initiale de 1'arc sur l'anode 12Ai de part et d'autre de l'espace 28A, pour que la partie de cathode entourant les canaux 42-et les délimitant ne se déforme pas sous l'action des températures élevées régnant au bout 7A de la cathode. En outre, les bords de la tige cathodique formant les sorties 44 des canaux 42 doivent être arrondis progressivement avec un rayon convenable de manière que l'arc ne puisse pas se fixer aux sorties 44. Le second mode de réalisation de propulseur de la figure 4 représente un autre dispositif d'injection d'un propergol adjuvant le long de l'extérieur de la tige catho- dique 14B dans la région de la chambre 18B, au bout catho- dique 16B et dans la région centrale de l'arc 32B. Le dis- positif d'injection est sous forme d'une gaine ou d'un manchon cylindrique creux 48 placé concentriquement autour de la tige 16B et le long de celle-ci et délimitant avec elle un conduit annulaire 50. La gaine 48 est fermée à son extrémité amont par une bague isolante 52 qui porte la gaine afin qu'elle soit isolée de la tige 16B et distante de celle-ci. La gaine 48 a une série d'ouvertures 54 espa- cées circonférentiellement à proximité de la bague 52 et en aval de celleci permettant au conduit annulaire 50 de recevoir le propergol adjuvant gazeux d'une source conve- nable (non représentée). L'extrémité aval de la gaine 48 est ouverte. Elle doit être arrondie de façon convenable afin que l'arc ne puisse pas s'y fixer, et elle doit se trouver suffisamment en amont du bout cathodique 16B pour qu'.elle ne soit pas détériorée par les conditions ther- miques très sévères imposées par la zone de fixation de l'arc. La gaine 48 peut être reliée à l'organe 30B de réglage de puissance destiné à la maintenir à un potentiel électrique un peu supérieur à celui de la cathode 14B afin que la formation de l'arc entre la gaine 48 et le corps anodique 12B soit encore plus retardée. Cependant, son potentiel électrique ne doit pas être élevé au point de faciliter la formation d'un arc entre la gaine 48 et la tige cathodique 14B. Dans les deux modes de réalisation des figures 3 et 4, le courant secondaire d'adjuvant gazeux est injecté dans les chambres 18A, 18B de manière qu'il soit aspiré dans la région axiale de l'arc du rétrécissement respectif 20A, 20B étant donné l'écoulement tourbillonnaire créé par l'injec- tion du propergol principal. La réalisation du bout catho- dique facilite aussi un refroidissement important des cathodes 14A, 14B si bien que la durée de la cathode est prolongée. En outre, les deux réalisations de bouts catho- diques peuvent être utilisées pour la préparation des con- ditions chimiques des cathodes chaudes afin que la réaction chimique entre la cathode respective 14A, 14B et le proper- gol gazeux ou les impuretés gazeuses contenues sQit empê- chée ou réduite notablement si bien que la durée de la cathode est prolongée. Enfin, les deux réalisations de bouts de la cathode peuvent être utilisées afin qu'elles facilitent la recirculation de la couche limite, comme décrit dans la suite. Recirculation de la couche limite La quatrième caractéristique de l'invention concerne le dispositif de recirculation d'une partie ducourant tourbillonnaire externe du-propergol gazeux provenant du rétrécissement, par l'intermédiaire de l'un des bouts cathodiques des figures 3 et 4, vers la région centrale de l'arc. La figure 5 représente un troisième mode de réalisa- tion d'un propulseur ayant des performances accrues, por- tant la référence générale 10C et mettant en oeuvre cette caractéristique. La réalisation et les éléments principaux du propulseur 10C sont analogues de façon générale à ceux du propulseur du premier mode de réalisation 10A de la figure 3; ainsi, on ne décrit en détail dans la suite que les différences entre eux. Plus précisément, le dispositif de recirculation est sous forme d'au moins une paire de passages 56 de retour ayant des configurations générales en U. La partie 58 de base de chaque passage 56 est délimitée dans le corps ano- * dique 12C afin qu'elle' soit parallèle à son axe A.- Des parties 60 formant des branches sont délimitées dans le corps anodique 12C aux extrémités amont et aval de chaque passage 56 (qui ont des positions correspondant au rétré- cissement 20C et à l'extrémité amont de la tige cathodique 14C respectivement) afin qu'elles soient disposées de manière générale en direction radiale par rapport à l'axe A. La partie amont de la branche 60 a des tronçons interne et externe 62, 64, le tronçon interne étant incliné par rapport à l'axe A vers la tuyère 24C du corps anodique 12C. La recirculation du propergol par les passages 56 de retour est assurée par le gradient radial important de pression dans le rétrécissement 20C étant donné l'écoulement tour- billonnaire qui y est présent. Le rapport de la pression à la paroi à la pression au centre pour une position axiale donnée dans le rétrécissement peut atteindre une valeur de 2/1. En conséquence, dans le propulseur 10C du troisième mode de réalisation assurant la recirculation de la couche limite, une petite quantité de propergol gazeux provenant du courant externe relativement froid est retirée par les ouvertures 66 vers les tronçons internes 62 des parties amont des branches de passages de retour délimités dans la surface ou paroi cylindrique 22C du rétrécissement. Le courant gazeux retiré est acheminé par les passages 56 dans le corps 12C vers la tige cathodique 14C afin qu'il soit injecté dans la région centrale de l'arc. La figure 5 représente les passages 56 de retour de recirculation de couche limite avec l'injection par la cathode indiquée sur la figure 3, un passage central 42C muni de canaux d'extré- mité 42C étant utilisé comme dans le premier mode de réali- sation 10A de la figure 3; cependant, il faut noter que les passages 56 de retour assurant la recirculation sur la figure 5 peuvent aussi être facilement utilisés avec la gaine 48 d'injection par la cathode représentée sur la figure 4. Une partie annulaire 68 du corps cathodique 12C du propulseur 10C contenant les ouvertures 62 peut être isolée électriquement par des entretoises diélectriques annulaires des potentiels électriques de l'anode et de la cathode et connectée à l'organe 30C de réglage de puissance indé- pendamment des autres parties afin que cette partie soit maintenue à un potentiel intermédiaire et afin que la fixa- tion de l'arc aux ouvertures 62 des parties de branches amont 60 des passages de retour soit contrariée. Un diélec- trique résistant à température élevée peut être utilisé pour les entretoises isolantes 70. Dans une variante, la partie de corps anodique 68 peut être formée d'un matériau diélectrique résistant aux températures élevées comme représenté sur la figure 5, si bien que les entretoises diélectriques 68 ne sont pas nécessaires. Le matériau des entretoises 70 et de la partie anodique annulaire 68 peut être le nitrure de bore, l'alumine, le quartz ou tout autre matériau isolant résistant à température élevée. Pendant le passage dans le rétrécissement 20C, le courant tourbillonnaire externe stabilise essentiellement - l'arc 32C et le délimite et protège ainsi la surface 22C du rétrécissement. Le gaz du courant tourbillonnaire subit un échauffement lors du contact avec l'arc 32C et avec la surface 22C du rétrécissement lors du passage dans le rétrécissement 20C. Dans cette réalisation à recirculation de couche limite, la matière transmise dans la région cen- trale de l'arc est efficacement préchauffée lors du premier passage dans le rétrécissement 20C afin que l'arc 32C 'soit stabilisé. L'utilisation de la matière préchauffée trans- mise à la région centrale de l'arc permet l'obtention de températures accrues dans l'arc et facilite ainsi la réali- sation d'un propulseur ayant une impulsion spécifique accrue. La fraction du courant total qui recircule de cette manière peut atteindre 20 % en masse suivant la réalisation du propulseur particulier et son niveau de puissance. De tels degrés de recirculation permettent la transmission du propergol préchauffé dans toute la partie de l'arc. Des courants de recirculation peuvent être combinés avec un adjuvant gazeux ou plusieurs comme décrit précédemment en référence au premier mode de réalisation de l'invention. Réacteur-régénérateur par décomposition de propergol La cinquième caractéristique de l'invention concerne un dispositif destiné à faire réagir et à régénérer une partie du propergol avant la circulation vers la chambre de l'arc, à l'emplacement de la cathode. Un quatrième mode de réalisation de propulseur à performances accrues portant la référence générale 10D est représenté sur les figures 6 et 7 qui mettent en oeuvre cette caractéristique. Le dispositif de réaction et de régénération est sous forme de plusieurs passages 72 de régénération délimi- tés dans le corps anodique 12D afin qu'ils soient paral- lèles à son axe A. Les passages 72 sont espacés circonfé- rentiellement comme représenté sur la figure 7, les pas- sages 72F d'alimentation étant placés radialement plus loin de l'axe A que les passages.de retour 72R. Les passages d'alimentation 72F sont reliés à leurs extrémités aval aux extrémités amont des passages de retour 72R. Ces raccords se trouvent dans le corps anodique 12D près de l'extrémité antérieure de la tuyère 24D. Comme indiqué précédemment, une partie de la totalité de la charge de propergol trans- mise au propulseur 10D est acheminée dans les passages 72 avant l'injection dans la chambre 18D. La charge de propergol provenant des passages internes 72R de retour passe dans les passages 74 délimités dans le corps 12D, qui sont parallèles à la tige cathodique 14D et qui rejoignent les extrémités amont des passages de retour. La charge de propergol s'écoule dans les passages 74 et les lumières 76 d'injection à leurs extrémités aval, près du bout cathodique 16D. La charge de propergol gazeux s'échauffe à une température pouvant atteindre 1600 K lors de la circulation dans les passages 72. Les passages 72 de régénération peuvent être utili- sés avec l'une quelconque des réalisations d'injection cathodique des figures 3 et 4 pour l'injection de la charge de propergol partiellement dissociée dans la région cen- trale de l'arc dans laquelle l'effet est le plus grand. Une telle application ne nécessite pas obligatoirement la cir- culation de toute la charge de propergol dans les passages 72 de régénération; il est possible de faire passer uni- quement la partie du courant total qui doit être acheminée pour être injectée par la cathode. Les avantages de la circulation de la charge de propergol dans les passages 72 de régénération avant injec- tion dans la chambre 18D sont triples. D'abord, la décompo- sition contrôlée du propergol gazeux formant des consti- tuants de plus faible masse moléculaire est facilitée. Bien que les temps de séjour dans les passages 72 soient trop courts pour atteindre la dissociation à l'équilibre, une dissociation partielle peut être provoquée afin que des quantités suffisantes des constituants de faible masse moléculaire soient créées et provoquent une augmentation très importante des performances du propulseur comme décrit précédemment sous le sous-titre "mélanges propergols avec des adjuvants donnant une impulsion spécifique élevée". Le cas particulier de la charge d'ammoniac pur gazeux illustre cet effet. Bien que la dissociation à l'équilibre de NH3 à 1600 K et à une pression de 1 à 2 bars (exemple de pression pour les propulseurs) soit obtenue, cette dissociation complète est improbable, à cause des temps de séjour limités dans les passages de régénération. Cependant, la dissociation endothermique partielle de l'am- moniac dans le régénérateur peut donner des quantités importantes d'hydrogène diatomique et monoatomique (H2 et H), en quantité suffisante pour que les performances du propulseur soient accrues considérablement par rapport à une charge de NH pur. Cette dissociation peut être une réaction en phase gazeuse homogène ou peut être favorisée par un agent catalytique appliqué sur les parois des pas- sages de régénération ou sur des particules de substrat formant des garnitures dans les passages. On sait que la décomposition de NH3 est catalysée par le rhénium qui' est un métal réfractaire convenant pour la fabrication du corps anodique. Le degré de dissociation du propergol peut être réglé à volonté par réalisation judicieuse des conditions de fonctionnement du jet de propulsion (débit massique, puissance, courant), par les configurations des passages de régénération et de l'anode (et ainsi le temps de séjour) et par utilisation d'un catalyseur et d'un substrat. Ensuite, le préchauffage du propergol gazeux d'ali- mentation facilite l'obtention de températures moyennes accrues à la sortie du rétrécissement et ainsi l'obtention de niveaux plus élevés d'impulsions spécifiques. Troisième- ment, le refroidissement du corps anodique réduit les con- traintes thermiques des matériaux du propulseur et augmente la durée de celui-ci. Le refroidissement du corps anodique réduit aussi le rayonnement thermique par la surface externe de l'anode et simplifie la gestion thermique de l'intégration du propulseur dans le vaisseau spatial. Pour des débits massiques et des coefficients de transfert de chaleur courants dans les propulseurs de ce type, le propergol gazeux circulant dans les passages 72 peut retirer une partie seulement des chaleurs perdues transmises au corps anodique 12D par l'arc 32D dans la région de fixation de l'arc de la tuyère 24D. Des précau- tions doivent donc être prises lors de la réalisation des passages afin que le trajet conducteur radial formé entre les passages soit suffisamment large pour qu'il permette la conduction d'une quantité suffisante de chaleur vers la surface externe de l'anode, le corps anodique étant refroidi par rayonnement. Des trajets de conduction insuf- fisants dans les passages 72 peuvent provoquer l'élévation de la température aux surfaces 22D et 26D du rétrécissement D et de la tuyère 24D à la température de fusion du tungstène. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux propulseurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un corps (12A) formant un rétrécissement annulaire (20A) et une tuyère (24A) de forme annulaire.montés en tandem et ayant des surfaces respectives qui délimitent une chambre de formation d'un arc électrique, la tuyère au moins étant conductrice de L'électricité afin qu'elle constitue une anode, (b) un organe allongé (14A) ayant un bout placé à proximité du rétrécissement et à une certaine distance en amont de celui-ci, cet organe étant conducteur de l'électricité a.fin qu'il constitue une cathode séparée de l'anode par un espace qui prolonge de façon générale-La chambre de formation de l'arc, (c) un dispositif (30A) destiné à appliquer un potentiel électrique à l'anode et à la cathode afin qu'il crée un arc électrique dans la chambre, de la cathode à l'anode, cet arc provoquant un chauffage thermique des propergols gazeux circulant dans la chambre et provoquant leur détente dans la tuyère, et (d) un dispositif (38-42) destiné à.transmettre un mélange de propergols gazeux contenant un propergol de masse moléculaire relativement élevée, ayant une première impulsion spécifique, et un propergol de masse moléculaire relativement faible, ayant une seconde impulsion spécifique supérieure à la première, dans l'arc formé dans la chambre. 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le propergol de faible masse moléculaire est un propergol gazeux cryogénique. 3. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un corps (12A) formant un rétrécissement annulaire (20A) et une tuyère annulaire (24A) montés en tandem et ayant des surfaces qui délimitent ensemble une chambre de formation d'un arc électrique, la tuyère au moins étant conductrice de l'électricité afin qu'elle constitue une anode, (b) un organe allongé (14A) ayant un bout placé à proximité du rétrécissement et à une certaine distance en amont de celui-ci, cet organe étant conducteur de l'électricité afin qu'il constitue une cathode séparée de l'anode par un espace qui prolonge de façon générale la chambre de formation de l'arc, (c) un dispositif (30A) destiné à appliquer un potentiel électrique à l'anode et à la cathode afin qu'un arc électrique soit formé dans la chambre de la cathode vers l'anode, cet arc provoquant un chauffage des propergols gazeux circulant dans la chambre et leur détente dans la tuyère, et (d) un dispositif (38, 42) destiné à injecter séparément un propergol principal transmis séparément, ayant une première impulsion spécifique, et un propergol adjuvant ayant une seconde impulsion spécifique supérieure à la première, dans la chambre, dans la région du bout de la cathode. 4. Propulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le propergol principal est un propergol de masse moléculaire - éLevée et le propergol adjuvant est un propergol de faible masse moléculaire. 5. Propulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'injection comporte un dispositif délimitant au moins une lumière (38) débouchant dans le corps, dans la chambre de formation de l'arc à proximité du bout de La cathode (14A) et en amont du bout afin qu'il injecte le propergol principal dans la chambre dans la région du bout de la cathode. 6. Propulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lumière (38) débouche obliquement par rapport à t'axe central du corps, si bien que le propergol principal injecté crée un courant tourbillonnaire dans la chambre de formation de l'arc. 7. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un corps (12A) formant un rétrécissement annulaire (20A) et une tuyère annulaire (24A) montés en tandem et ayant des surfaces respectives qui délimitent ensemble une chambre de formation d'arc, la tuyère au moins étant conductrice de l'électricité afin qu'elle constitue une anode, (b) un organe allongé (14A) ayant un bout adjacent au rétrécissement, mais à une certaine distance en amont de ceLui-ci, ledit organe étant conducteur de l'électricité afin qu'il constitue une cathode séparée de l'anode par un espace qui prolonge de façon générale la chambre, (c) un dispositif (30A) destiné à appliquer un potentiel électrique à l'anode et à la cathode afin qu'il crée un arc électrique dans la chambre de la cathode vers l'anode, l'arc provoquant le chauffage des propergols gazeux circulant dans la chambre et leur détente dans la tuyère, et (d) un dispositif (38, 42) destiné à injecter séparément un propergol principal et un propergol adjuvant transmis séparément dans la chambre de l'arc, dans la région du bout de la cathode, (e) le dispositif d'injection comprenant un dispositif délimitant un passage (40, 42) formé dans la cathode et son bout et destiné à injecter le propergol adjuvant à travers la cathode dans la chambre dans la région du bout de la cathode et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et l'anode. 8. Propulseur se.lon la revendication 7, caractérisé en ce que le passage comporte une partie centrale allongée (40) délimitée longitudinalement dans la cathode et plusieurs parties d'extrémité (42) dirigées vers l'extérieur et raccordées à la partie centrale, ces parties étant délimitées dans la cathode près de son bout et en amont de celui-ci. 9. Propulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection (38, 42) comporte un moyen destiné à injecter le propergol adjuvant à partir de l'intérieur de la cathode dans ladite chambre, dans la région proche de l'extrémité de la cathode, et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et l'anode. - 10. Propulseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection de propergol adjuvant comporte une gaine creuse (48) placée concentriquement autour, le long et à distance de ladite cathode afin de définir entre elle (48) et la cathode un conduit annulaire (50). 2651022. 11. Propulseur selon La revendication 10, caractérisé en ce que Ledit dispositif d'injection de propergol adjuvant comporte en outre une bague isolante (52) qui permet de monter La-dite gaine à proximité, mais à distance et de façon isoLée vis-à-vis de la cathode à une extrémité amont de Ladite gaine. 12. Propulseur selon La revendication 11, caractérisé en ce que ladite gaine (48) comporte une série d'ouvertures (54) à proximité de La bague (52) et en aval de celle-ci, ceci permettant au conduit annulaire (50) de recevoir le propergol adjuvant. 13. Propulseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite gaine (48) est ouverte à une extrémité aval située à proximité et en amont du bout (16B) de la cathode. 14. ProouLseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite gaine (48) est connectée électriquement audit dispositif (30C) d'application de potentiel électrique afin de la maintenir à un potentieL'électrique prédéterminé, un peu supérieur à celui de la cathode, afin que la formation de l'arc entre la gaine et le corps (12) soit retardée, mais sans pour autant faciliter la formation d'un arc entre la gaine (48) et la cathode. 15. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif formant un rétrécissement annulaire (20C) et une tuyère annulaire (24C) montés en tandem et ayant des surfaces respectives qui délimitent ensemble une chambre de formation d'un arc, la tuyère au moins étant conductrice de l'électricité afin qu'elle constitue une anode, (b) un organe allongé (14C) ayant un bout adjacent au rétrécissement (20C) et placé à distance de celui-ci en amont, ledit organe étant conducteur de l'électricité afin qu'il constitue une cathode séparée de l'anode par un espace qui prolonge de façon générale la chambre de formation de l'arc, (c) un dispositif (30C) destiné à appliquer un potentiel électrique à l'anode et à la cathode afin qu'il crée un arc électrique dans la chambre, de la cathode v.ers l'anode, l'arc provoquant le chauffage des propergols gazeux circulant dans la chambre et leur détente dans la tuyère, et (d) un dispositif (56) destiné à faire recirculer une partie externe de La couche limite du propergol gazeux allant du rétrécissement vers La chambre de formation de l'arc dans la région du bout de La cathode et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et l'anode. 16. Propulseur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif de recirculation comporte au moins un passage de retour (56) placé entre le rétrécissement du corps et la cathode. 17. Propulseur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le passage (56) a une configuration en U comprenant une partie de base (58) et deux parties (60) formant des branches pLacées en amont et en aval de La partie de base. 18. Propulseur selon la revendication 17, caractérisé en ce que le corps (12C) comporte un dispositif (70) destiné à isoler électriquement une partie annulaire (68) du corps, contenant des parties constituant les branches du passage, des potentiels électriques de l'anode et de La cathode. 19. Propulseur selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif d'isolement comporte deux entretoises diélectriques (70) de forme annulaire placées aux extrémités opposées amont et aval de La partie annulaire du corps. 20. Propulseur selon la revendication 17, caractérisé en ce que la partie annulaire (68) du corps est formée d'un matériau diélectrique destiné à isoler électriquement cette partie des potentiels éLectriques-de l'anode et de la cathode. 21. Propulseur selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (72) destiné à injecter séparément un propergol principal et un propergol adjuvant introduits séparément dans la chambre de formation de l'arc, dans la région du bout de la cathode (14D). 22. Propulseur selon la revendication 21, caractérisé en ce que le propergol principal est un propergol de masse moléculaire éLevée et le propergol adjuvant est un propergol de faible masse moléculaire. 23. PropuLseur selon la revendication 21, caractérisé en ce que Le dispositif d'injection comporte un dispositif (72) délimitant au moins un canal (76) formé dans Le corps et débouchant dans la chambre de l'arc près du bout de la cathode (14D) et en amont de celui-ci afin qu'il injecte le propergol principal dans la chambre de formation de L'arc dans la région du bout de la cathode. 24. Propulseur seton la revendication 23, caractérisé en ce que le canal est disposé obliquement par rapport à l'axe central du corps afin que le propergol principal injecté crée un courant tourbillonnaire dans la chambre de l'arc. 25. Propulseur selon la revendication 21, caractérisé en ce que le dispositif d'injection comporte un dispositif délimitant un passage (40, 42) formé dans la cathode et dans son bout et destiné à injecter le propergol adjuvant à travers la cathode dans la chambre, dans la région du bout de la cathode et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et l'anode. 26. Propulseur seLon la revendication 21, caractérisé en ce que le dispositif d'injection comporte un dispositif d'injection du propergol adjuvant le long de l'extérieur de la cathode (14D) dans la chambre de l'arc dans la région du bout de la cathode et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et L'anode. 27. Propulseur selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif d'injection du propergol adjuvant comporte une gaine (48) placée concentriquement autour de la cathode, à distance de celle-ci et le long de celle-ci afin qu'un conduit annulaire soit déLimité entre elles. 28. Propulseur à réaction assisté par un arc électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif formant un rétrécissement annulaire (20C) et une tuyère annulaire (24C) montés en tandem et ayant des surfaces respectives qui délimitent ensemble une chambre de formation d'un arc, la tuyère au moins étant conductrice de l'électricité afin qu'elle constitue une anode, (b) un organe allongé (14C) ayant un bout adjacent au rétrécissement (20C) et placé à distance de celui-ci en amont, 26 5 1022 ledit organe -étant conducteur de L'electricité afin qu'iL constitue une cathode séparée de L'anode par un espace qui prolonge de façon générale La chambre de formation de t'arc, (c) un dispositif (30C) destiné à appliquer un potentiel électrique à l'anode et à la cathode afin qu'il crée un arc électrique dans la chambre, de la cathode vers l'anode, l'arc provoquant le chauffage des propergols gazeux circulant dans la chambre et leur détente dans la tuyère, et (d) un dispositif destiné à fournir du propergol à ladite chambre, comportant un dispositif destiné à faire réagir et à régénérer au moins une partie du propergol avant la circulation vers la chambre de formation d'un arc dans la région de la cathode. 29. Propulseur selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à faire reagir et à régénérer le propergol comporte plusieurs passages (72) de régénération délimités dans le corps anodique (12D) afin qu'ils soient parallèles à un axe longitudinal (A), en étant coextensifs au rétrécissement (20C) et à la tuyére (24C) dudit corps. 30. Propulseur selon la revendication 29, caractérisé en ce que lesdits passages (72) de régénération sont constitués en partie de passages (72F) d'alimentation et en partie de passages (72R) de retour, ces derniers étant placés plus près de l'axe (A) du corps que lesdits passages (72F) d'alimentation qui sont reliés par leurs extrémités aval aux extrémites amont desdits passages de retour (72R). 31. Propulseur selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à faire réagir et à régénérer comporte plusieurs passages (74) délimités dans ledit corps anodique afin d'être généralement parallèLes à son axe longitudinal (A) et situés plus près de l'axe que des passages de retour (72R), lesdits passages (74) étant reliés à leurs extrémités amont aux extrémités aval desdits passages de retour (72R), et lesdits passages (74) ayant des lumières d'injection (76) à leurs extrémités aval situées près de et en amont du bout cathodique (16D). 265 1 022 32. PropuLseur selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (38, 42) destiné à injecter séparément un propergol adjuvant transmis séparément dans ladite chambre de formation de l'arc dans La région du bout de la cathode. 33. Propulseur selon la revendication 32, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection comporte un moyen définissant un passage entre la cathode et le bout afin d'injecter Le propergol adjuvant à travers la cathode dans la chambre dans La région du bout de la cathode et dans une région centrale de l'arc formé entre la cathode et l'anode. 34. Propulseur selon la revendication 32, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection comporte un moyen destiné à injecter le propergol adjuvant depuis l'extérieur de La cathode dans La chambre de formation de l'arc, dans la région du bout de la cathode, et dans la région centrale de l'arc formé entre La cathode et l'anode. 35. Propulseur selon la revendication 34, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection comporte une gaine creuse (48) disposée concentriquement autour, à distance et s'étendant le long de ladite cathode (14B) afin de définir entre elle (48) et la cathode un conduit annulaire (50).