Dans les fusées conventionnelles, la matière éjectée par le propulseur
résulte d'une réaction chimique de combustion (réaction entre du dioxygène et du
dihydrogène pour former de la vapeur d'eau, pour Ariane 5). Ce type de moteur
peut alors produire unepoussée considérable, atteignant des centaines de tonnes,
mais pendant des durées très limitées (quelques centaines de secondes au plus).
En effet, à chaque seconde, des centaines de kilogrammes de propergol (carburant) peuvent ainsi être brûlés. Cette technique implique que les réserves en combustible soient énormes. Les fusées sont donc limitées par la masse qu'elles peuvent emporter à leur bord, avec la nécessité d'arracher cette masse à l'attraction terrestre.
Dans ces moteurs classiques, la vitesse des particules éjectées par la tuyère
ne dépasse pas quelques kilomètres par seconde. Pour les moteurs à ergols liquides (constituants du propergol), le temps pendant lequel un kilogramme de propergol
peut assurer une poussée constante d'un kilogramme (que l'on appelle impulsion
spécifique) est égale à quelques centaines de secondes. Or avec le moteur ionique, Notez la différence de poussée.
à quantité égale de propergol, l'impulsion spécifique est beaucoup plus grande. Ceci
est dû à la vitesseconsidérable d'éjection des particules chargées. Leur vitesse
s'étend de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres par seconde. On peut ainsi atteindre des impulsions spécifiques de l'ordre de plusieurs milliers de secondes. Les réserves en propergol sont donc beaucoup moins volumineuses. Mais ceci n'est possible qu'avec une source d'énergie (électrique) gigantesque.
Aujourd'hui l'énergie fournie aux moteurs à propulsion ionique est de quelques dizaines de kilowatts avec des panneaux solaires. On pourrait fournir une à trois centaines de kilowatts avec un réacteur nucléaire mais ce serait tout
de même insuffisant. Les sources d'énergie ont une forte masse, c'est pourquoi la poussée atteinte par les moteurs ioniques, de nos jours, est de deux à trois cent grammes maximum. Mais ceci peut aussi être un avantage car on peut effectuer
des poussées très précises. C'est pour cela que les moteurs ioniques sont utilisés
avec les satellites géostationnaires, pour rectifier leur trajectoire. Ils ont aussi un
autre inconvénient : leur masse est élevée par rapport à leur poussée. Par exemple,
un moteur développant une poussée d'une dizaine de grammes pèse plusieurs
kilogrammes.
Le moteur ionique s'impose donc pour les longs voyages spatiaux qui nécessitent
de grandes réserves de carburant. Le moteur ionique n'utilise que 100 grammes par jour.
Ceci est très peu par rapport à Ariane 5 qui consomme plusieurs tonnes d'ergols par seconde
au décollage et nécessite de grandes réserves de carburant. Etant donnée que l'Homme
cherche à aller toujours plus loin : nous aurons donc de plus en plus besoin de ce moteur.