Développement et validation de SLP

Physique spatiale
La sonde Sweeping Langmuir Probe (SLP), développée à l’IASB, est l’un des deux instruments qui embarqueront à bord du CubeSat de l’ESA, PICASSO, en 2019. SLP mesurera le courant collecté par quatre sondes cylindriques indépendantes, dont les potentiels électriques sont balayés, de manière à pouvoir récupérer les paramètres clés du plasma: la densité et la température des électrons, la densité des ions et le potentiel du satellite par rapport au potentiel du plasma. Les objectifs principaux de SLP sont de mieux comprendre le couplage magnétosphère-ionosphère et les structures des aurores.

Ces recherches scientifiques seront effectuées en complétant les données de SLP avec celles de diverses sources de données: tomographie GNSS TEC, stations du réseau AWDAnet (détection des ondes Whistlers) , instruments WHISPER sur Cluster, etc.

Développement

SLP est un instrument très léger et miniaturisé. Les cartes électroniques sont recouvertes d’un couvercle de protection sur mesure afin de réduire les interférences électromagnétiques (EMI), comme illustré sur la Figure 2. Les cartes électroniques avec leur support et protection rentrent dans un volume de 104 x 98 x 25 mm et l'instrument complet ne pèse que 152 g (y compris les sondes et la structure).

Test et validation

Du fait que la surface conductrice du satellite n'est pas assez grande comparée à la surface des sondes, le satellite se chargera négativement lorsque que les sondes seront balayées avec un potentiel positif. Cette charge entraînera une dérive du potentiel du satellite pendant le balayage, rendant les données inutilisables.

Afin d'éviter ce problème, une technique de mesure spécifique utilisant deux sondes différentes simultanément a été développée:

  1. une sonde est balayée en tension et mesure le courant (technique de sonde de Langmuir traditionnelle)
  2. une seconde sonde est utilisée pour mesurer le potentiel flottant. En combinant les données de ces deux sondes, nous pouvons récupérer des caractéristiques de courant / tension cohérentes.

Comme le montrent les figures 3 et 4, ce nouveau principe de mesure a été testé et validé avec succès dans la chambre à plasma de l’ ESA à l'ESTEC.

 

SLP electronics PICASSO
Figure 2. Intégration de l’électronique de SLP dans PICASSO.
Maquette représentative de PICASSO
Figure 3. Maquette représentative de PICASSO dans la chambre à plasma de l'ESA à l'ESTEC pendant la campagne de tests de validation.
Mesures de la chambre à plasma
Figure 4. A gauche: Caractéristiques courant-tension mesurées dans la chambre à plasma, par rapport au potentiel du satellite (rouge) et par rapport au potentiel flottant(en bleu). Droite: Mesure du potentiel flottant par rapport au potentiel du satellite.