LESIA - Observatoire de Paris

SORBET sur MMO-BepiColombo

mardi 6 septembre 2016, par Michel Moncuquet

SORBET (acronyme pour "Spectroscopie des Ondes Radio et du Bruit Electrostatique Thermique") est un récepteur radio HF (2.5kHz-10MHz), conçu et réalisé au LESIA, qui fait partie de l’expérience PWI (Plasma Waves Investigation) destinée à étudier, pour la toute première fois en radio-fréquences, la petite magnétosphère de Mercure et son interaction avec le vent solaire. Cette expérience est embarquée sur le satellite MMO (pour "Mercury Magnetospheric Orbiter") réalisé par l’agence spatiale Japonaise (JAXA). C’est l’un des deux satellites formant la mission BepiColombo (mission ESA-JAXA). Le lancement est désormais prévu à partir de Juillet 2017, backup probable avril 2018, arrivée à Mercure fin 2024 dans les deux cas.

Mercury Magnetosheric Orbiter
Mercury Magnetosheric Orbiter

(vue d’artiste - credit RISH-Kyoto Univ.)

Objectifs scientifiques de l’expérience "SORBET " de PWI

Mesures à distance (radioastronomie) et in situ (antennes utilisées comme des électrodes) de spectres radio (électromagnétiques et électrostatiques), pour l’étude de la structure et de la dynamique (régions, frontières, processus d’accélération et de dissipation...), du système magnétosphère/exo-ionosphère de Mercure et de son interaction avec le vent solaire.

Plus précisément, ces objectifs incluent :

Densité/température mesurables par SORBET
Densité/température mesurables par SORBET

Densité et température électroniques accessibles à Sorbet (aires blanches ou grises). Les zones hachurées représentent les valeurs mesurées dans le vent solaire au niveau de la Terre (en rose pâle) et extrapolées à l’aphélie et périhélie de Mercure (en rouge), et les zones de compression maximales (en vert) possibles au voisinage de Mercure.

  • La cartographie de la densité (Ne) et de la température (Te) des électrons dans le vent solaire, la magnétosphère et l’exosphère de Mercure, par spectroscopie du bruit Quasi-Thermique (QTN). Ces mesures QTN sont indispensables pour la compréhension de la structure et la dynamique de la magnétosphère et donneront des contraintes fondamentales pour les modèles physico-chimiques du plasma environnant Mercure (outre H+ du vent solaire, les principaux ions à Mercure sont : Na, K, O).
  • La détection et l’étude des émissions radio de Mercure, dont les possibles émissions cyclotron jusqu’à 10-20 kHz , liées aux électrons d’énergie moyenne (1-10keV) accélérés dans les régions les plus fortement magnétisées (pôles ?), et peut-être un rayonnement synchrotron sporadique (jusqu’à quelques MHz ?) d’électrons plus énergétiques (1-10MeV).
  • La surveillance des émissions radio solaires jusqu’à 10 MHz (sursauts radio de type II et type III, indicateurs de chocs interplanétaires, d’éjections de masse coronale -CME-, et de faisceaux de particules énergétiques), dans le but de créer un indice d’activité solaire vue de Mercure, pouvant être corrélé à la réponse magnétosphérique de Mercure (Météorologie de l’espace appliquée à Mercure).
  • En parallèle, nous entreprenons la modélisation (code hybride 3-D) de l’interaction de Mercure et de sa magnétosphère avec le Vent Solaire.

La conception/réalisation de l’instrument SORBET

SORBET est un récepteur/amplificateur radio HF, dans la gamme 2.5 kHz - 10 MHz, muni d’un système de traitement des signaux recueillis par les capteurs qui produit, in fine, des spectres de puissance : ce qu’on appelle un spectromètre. Plus précisément, il comprend :

  • un récepteur deux voies, multi-canal 2.5 kHz - 640 kHz, dit TNR (pour Thermal Noise Receiver), scannant 128 fréquences espacées log., chacune des deux voies étant commutable indifféremment sur l’un des 3 capteurs reliés à PWI : d’une part deux dipôles électriques orthogonaux (antenne filaire WPT de 2x15m, de fabrication japonaise et antenne MEFISTO, formée principalement de deux sphères espacées de 32m, de fabrication suédoise) et d’autre part une antenne magnétique ou « search coil » (DB-SC pour Dual Band-Search Coil, réalisé au CETP/LPP)
  • un récepteur à balayage de 500kHz à 10MHz, dit HFR (pour High Freqency Receiver).
  • une unité de calcul et de traitement du signal ("Digital Unit")
Synoptique de SORBET
Synoptique de SORBET

Ces différentes fonctions sont réalisées avec :

  • une carte analogique (Dynamique = 120 dB) : ASIC en technologie 0.35µ (amplis,mélangeurs, CAG et filtres) et composants discrets
  • une carte numérique (Dynamique=84 dB) comprenant notamment : deux convertisseurs analogique/numérique (ADC) 14 bits, un FPGA et une interface avec l’ordinateur de bord utilisant Space Wire.

L’équipe SORBET (LESIA)

Equipe technique

Moustapha Dekkali, Chef de projet

Pierre-Luc Astier, Kamel Boughedada, †Benoit Chasles , Yvonne de Conchy, Cécile Guériau, Quynh Nhu Nguyen, David Polizzi

Equipe scientifique

Michel Moncuquet, Responsable scientifique et Co-PI PWI

Co-Is : Filippo Pantellini, Philippe Zarka, Olga Alexandrova, Karine Issautier, Milan Maksimovic,

Associate Scientist : Baptiste Cecconi, Léa Griton

L’équipe PWI/MMO

 [1]

PI : Yasumasa Kasaba (Tohoku Univ.)

Co-PI (& Lead Co-I EWO & Eng. Manager) : Hirotsugu Kojima (Kyoto Univ.)

Co-PI (& Lead Co-I SORBET) : Michel Moncuquet (LESIA Obs. de Paris)

Co-PI (& Lead Co-I LF-SC) : Satoshi Yagitani (Kanazawa Univ.)

Co-PI : Jan-Erik Wahlund (IRF, Uppsala)

PI and co-PI Emeritus : Hiroshi Matsumoto (Kyoto Univ.), Jean-Louis Bougeret (Paris Sciences & Lettres)

Lead Co-I [MEFISTO] Tomas Karlsson (KTH, Stockholm)

Lead Co-I [DB-SC] Fouad Sahraoui (LPP, Ecole Polytechnique)

Lead Co-I [WPT-S] Atsushi Kumamoto (Tohoku Univ.)

Lead Co-I [AM2P] Pierre Henri (LPC2E, Orléans)

Lead Co-I [Software] Yoshiya Kasahara (Kanazawa Univ.)

Co-I [EWO/EFD] Keigo Ishisaka (Toyama Pref. Univ.)

Co-I [Software] Janos Lichtenberger (Eotvos Univ.)

Co-I [Data] : Takeshi Murata (Ehime Univ.)

Co-I [Extension, MGF] Ayako Matsuoka (ISAS-JAXA)

Calendrier des livraisons (ré-actualisé au 15/04/2016)

  • SORBET a été livré au RISH (laboratoire PI à Kyoto) le 20 août 2012, puis acheminé début septembre sur le site d’intégration de MMO à l’ISAS (Tokyo-Sagamihara), où il a subi les tests de performances et d’intégration (achevés le 10 janvier 2013 avec succès). Il a été installé et à nouveau testé sur MMO début 2014 (avec l’ensemble de la charge utile ), ce satellite ayant à son tour été livré par la JAXA à l’ESTEC (ESA) en mai 2015.
  • Au LESIA, l’activité principale est désormais l’étalonnage/calibration en valeurs physiques des récepteurs TNR/HFR + les antennes électriques et magnétiques, à partir des tests réalisés à Meudon sur Sorbet seul en juin 2012, puis au Japon (jusqu’en janvier 2013) sur toute la chaîne de réception. Ces travaux se poursuivront après le lancement (2017 ou 2018) à partir des données de calibration en vol.

Notes

[1NB : cette liste n’est pas une liste complète des Co-Is de PWI, elle est limitée aux co-PIs, aux responsables de chaque instrument (ou Lead Co-Is) et à quelques Co-Is associés aux sous-systèmes instrumentaux