RPWS/HFR sur Cassini

L’expérience RPWS

L’expérience RPWS (Radio and Plasma Wave Science) est composée d’une série d’antennes et de senseurs qui peuvent être reliés à différents récepteurs. On dénombre ainsi 3 antennes électriques de 10m (dont 2 peuvent être couplées en un dipôle), un détecteur de champ magnétique triaxial et une sonde de Langmuir. Ils sont tous associés à des préamplificateurs spécifiques permettant d’ajuster les niveaux de sorties des senseurs aux niveaux d’entrées des récepteurs. Les mesures sont enregistrées à l’aide de 5 récepteurs :

• HFR Un récepteur haute fréquence couvrant la gamme 3.5kHz-16.125MHz connecté aux antennes électriques.
• WBR Un récepteur de forme d’onde (10 kHz ou 80kHz de bande passante) permettant l’acquisition à de la forme d’onde en utilisant les senseurs électriques ou magnétiques.
• MFR Un récepteur moyenne fréquence couvrant la gamme 25Hz-12.6kHz associé à 1 senseur parmi 4 (2 magnétiques et 2 électriques).
• WFR Un récepteur basse fréquence de forme d’onde couvrant la gamme 0.1Hz-2.5kHz mesurant simultanément trois axes magnétiques et deux axes électriques.
• LP Le récepteur associé à la sonde de Langmuir.

Les mesures issues de ces 5 récepteurs sont transmises au DPU (Digital Processing Unit). Le DPU se charge de la partie numérique du traitement des données, sauf pour HFR qui intègre son propre DSP (processeur de traitement du signal). Le DPU prend aussi en charge l’interface avec les modules de télémesure de la sonde.

L’instrument RPWS/HFR

Le récepteur RPWS/HFR (appelé aussi Kronos dans la nomenclature du CNES) est un récepteur radio permettant l’acquisition de données spectrotemporelles dans la gamme 3.5kHz-16.125MHz. Les paramètres détaillés du récepteur sont décrits sur cette page, tandis que la méthodologie d’analyse (étalonnage, traitements) est décrite ici. Ce récepteur a été conçu puis construit au pôle plasma du LESIA. Il a hérité des techniques déjà développées dans ce laboratoire pour les récepteurs radio URAP (embarqué sur la sonde Ulysses) et Waves (embarqué sur la sonde WIND).

Une des particularités du récepteur HFR-Kronos réside dans sa capacité à effectuer des mesures goniopolarimétriques. Cela permet aux chercheurs de pouvoir retrouver, à chaque instant, la direction d’arrivée de l’onde (et donc la direction dans laquelle se trouve la source radio), le flux de l’onde et son état de polarisation (qui donne des informations sur les processus d’émissions et de propagation). Le fait que ce type d’analyse soit possible sur des mesures instantannées (la précision temporelle est de l’ordre de quelques dizaines de millisecondes) est nouveau pour le domaine radio : le récepteur URAP de la sonde Ulysses permettait de faire de telles mesures, mais seulement en utilisant au moins 12 secondes de données successives (il fallait donc que l’émission observée reste stable pendant cette période).

Les données produites par ce récepteur radio sont extrêmement fructueuses. De nombreuses études ont été publiées par (ou en collaboration avec) l’équipe RPWS/HFR du LESIA sur la magnétosphère de Saturne mais aussi sur les éclairs d’orages de Saturne, sur l’interaction magnétique entre Saturne et ses satellites naturels (comme Titan et Encelade), mais aussi sur les magnétosphères de Jupiter, de la Terre, ainsi que sur les émissions radio solaires.

Contribution du LESIA et de ses partenaires

Pr. Donald A. Gurnett (University of Iowa, Iowa, USA) est le principal investigateur (PI) du projet.

Les instituts suivants ont été impliqués dans le développement de l’instrument RPWS et suivent le déroulement de la mission :

• Université d’Iowa, USA.

• LESIA / Observatoire de Paris, France.

• LPP-CNRS-Ecole Polytechnique, France.

• LATMOS-CNRS-IPSL, France.

• Goddard Space Flight Center-NASA, USA.

• Université de Minnesota, USA.

• Institut de Recherche Spatiale d’Uppsala, Suède.

• Université de Sheffield, Royaume-Uni.

• Space Research Institute de Graz, Autriche.

De nombreuses personnes ont également participé au développement de l’instrument depuis les premiers plans vers la fin des années 80. Le tableau ci-dessous dresse une liste des personnes qui ont activement participé à la mise au point de l’instrument.