LESIA - Observatoire de Paris

L’instrument DISR

jeudi 7 janvier 2010, par Gérard Epstein

Partenaires et objectifs scientifiques

DISR (Descent Imager / Spectral Radiometer) fait partie des instruments de la charge utile de la sonde atmosphérique Huygens de l’Agence Spatiale Européenne pour la mission Cassini/Huygens.

Cette expérience a été réalisée sous la responsabilité des organismes suivants :

  • Lunar & Planetary Laboratory - University of Arizona (USA) :
    Laboratoire maître d’oeuvre et Principal Investigateur
    Coordination du développement, calibration et opérations
  • Martin-Marietta Corporation (USA) :
    "Prime contractor" : industriel responsable du système
    Réalisation et intégration des sous ensembles fournis par les partenaires européens
  • Max-Plank Institute für Aeronomie - Katlenburg-Lindau (Allemagne) :
    Détecteur CCD et électronique associée ;
  • Braunschweig Technical University (Allemagne) :
    Electronique de compression de données
  • Observatoire de Paris (LESIA, anciennement DESPA) :
    Détecteurs infrarouges et électronique associée
    Obturateur mécanique

Le spectro-imageur DISR de la sonde Huygens répond à quatre des cinq priorités fixées par l’ESA pour cette mission. Il permet d’atteindre les objectifs scientifiques suivants :

  • Mesure du profil d’absorption solaire entre 0,5 et 1,7 microns à partir de 150 km d’altitude, et jusqu’au sol, afin de déterminer le bilan thermique et les sources de la dynamique de l’atmosphère ;
  • Mesures de la distribution verticale, la taille, la forme et les propriétés optiques des aérosols atmosphériques, de façon à étudier leur formation, composition et circulation ;
  • Imagerie et mesures de la réflectance spectrale de la surface de Titan, pour en déduire sa topographie, sa composition et son état physique ;
  • Détermination de la morphologie des nuages et recherche de strates condensées de composés complexes dans la stratosphère pour contraindre les modèles photochimiques ;
  • Mesure de la composition de l’atmosphère de Titan, particulièrement le profil vertical du rapport de mélange du méthane, gaz précurseur de la photochimie de Titan.

Descriptif de l’instrument DISR

Emplacement de la tête optique et du boîtier électronique de DISR sur la (...)
Emplacement de la tête optique et du boîtier électronique de DISR sur la plateforme de Huygens

L’instrument DISR comporte six expériences complémentaires :

Les fonctions de gestion globale de DISR sont dévolues à un processeur de bord contrôlant les différents sous-systèmes de l’instrument et assurant le dialogue avec la sonde. De même, un convertisseur d’alimentation effectue la distribution des tensions nécessaires aux cartes électroniques.

L’instrument intégré dans la sonde est constitué de deux sous-ensembles interconnectés, décrits dans les deux paragraphes suivants.

1 - Tête optique

La tête optique de DISR vue de dessus et de dessous
La tête optique de DISR vue de dessus et de dessous

Il comprend la partie opto-mécanique, l’obturateur, les détecteurs, ainsi que le système de refroidissement de ceux-ci. Le concept optique, utilisant largement les fibres optiques pour la liaison entre les lentilles collectrices, les fentes et réseaux dispersifs des spectromètres, et les plans focaux, permet une compacité importante.

Les expériences dans le domaine visible (imagerie, photométrie et spectroscopie) utilisent un plan focal unique, constitué d’un détecteur CCD de 512 x 512 pixels.

Le spectromètre infrarouge utilise un plan focal comportant des barrettes de photodiodes InGaAs associées à des dispositifs à transfert de charge (CCD linéaires spécifiquement développés pour cet usage par Thomson). Un obturateur permet de moduler les faisceaux destinés aux deux voies du spectromètre infrarouge. Il est constitué d’un actionneur qui déplace une palette obturant le flux au niveau de la fente du spectromètre. Cet actionneur est de type à réluctance variable. Le LESIA (anciennement DESPA) a fourni le plan focal et l’obturateur du spectromètre infrarouge.

Une bride thermique relie le radiateur aux deux plans focaux. Couplée à une résistance de chauffage, elle permet de réduire le refroidissement quand la température de fonctionnement des détecteurs est atteinte.

2 - Boîtier électronique

Le boîtier électronique de DISR
Le boîtier électronique de DISR

Le boîtier électronique comprend un empilement de cinq cartes de même géométrie, chacune comportant un ou deux connecteurs de liaison à une carte auxiliaire.

Les parties interface avec la sonde, processeur de gestion et convertisseurs d’alimentation ont été développées par Martin Marietta Corporation (devenu depuis Lockeed Martin).

Les laboratoires allemands ont fourni l’électronique associée au CCD visible ainsi qu’à la compression de données permettant de réduire d’un rapport 3 le nombre de bits nécessaires à la transmission des images.

Le LESIA (anciennement DESPA) a pris en charge le développement et la réalisation de l’électronique associée au plan focal infrarouge et à l’obturateur.