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L’exploration de Jupiter et ses lunes glacées avec MAJIS

Research Topic Chapter
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La mission JUICE de l’ESA embarquera en 2022 l’instrument franco-italien MAJIS, un imageur hyper spectral optimisé pour l’étude approfondie de Jupiter et ses lunes. La caractérisation électro-optique du détecteur de vol a été confiée à l’IASB et s’étend du canal de mesure visible au proche infrarouge (VIS-NIR). Un banc expert en vide-thermique et radiométrie a été assemblé, longuement testé, validé et utilisé en 2020 lors d’une campagne de test de ce détecteur dont les performances sont à présent totalement maîtrisées.
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L’odyssée MAJIS/JUICE

Le satellite JUICE explorera le système Jovien. MAJIS est développé sous la responsabilité scientifique de l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, France). Il se compose d’un imageur hyper spectral à deux canaux (VIS-NIR et IR) recouvrant la gamme 0.5 µm à 5.54 µm. Cet instrument est essentiel à la mission. Il contribuera à l’étude de l’atmosphère de Jupiter et à la caractérisation des surfaces de ses lunes glacées.

Les détecteurs doivent être caractérisés afin de garantir un traitement optimisé des signaux bruts collectés lors de la mission, et ainsi les convertir en données scientifiques de qualité. Le rôle de l’IASB, en collaboration avec l’Observatoire royal de Belgique a été de développer un banc expert en vide thermique et radiométrie afin de caractériser le détecteur VIS-NIR modèle de vol et de réserve.

L’unité d’étalonnage VIS-NIR

Ce banc se compose essentiellement d’une cuve à vide couplée à un cryostat permettant de simuler le vide spatial et d’atteindre des températures de 95 K à 160 K. Pour éclairer le détecteur (à travers un hublot), on dispose d’équipements clés, composés essentiellement d’une source lumineuse, d’un double monochromateur et d’une sphère intégrante.

De cette façon, le détecteur MAJIS intégré dans la cuve dans une monture protectrice (Figure 1) reçoit un flux lumineux stable, homogène, monochromatique, ajustable en longueur d’onde et en intensité. Des photodiodes étalonnées permettent de calibrer la puissance optique du signal atteignant le détecteur. Des logiciels et un système de sécurité développés à l’IASB contrôlent l’automatisation du banc et l’intégrité du détecteur.

La campagne de caractérisation

Le détecteur MAJIS VIS-NIR modèle de vol (Figure 2) a été caractérisé en 2020 sous le contrôle du B.USOC. Cette campagne a permis d’étudier les propriétés intrinsèques du détecteur (en l’absence de flux lumineux), ainsi que sa réponse face à un éclairement bien caractérisé : l’homogénéité de sa réponse inter pixel, sa linéarité, son efficacité quantique, son niveau de saturation, sa rémanence et diverses propriétés de son électronique de proximité (gain, bruit, biais).

 

Référence

Bolsée, D., Van Laeken, L., Cisneros-González, M.E., Pereira, N., Depiesse, C., Jacobs, L., Vandaele, A.C., Ritter, B., Gissot, S., Karatekin, Ö. Poulet, F., Langevin, Y., Dumesnil, C., Dubois, J.-P., Arondel, A., Haffoud, P., Ketchazo, C., and Hervier, V. (2020). Characterization facility for the MAJIS/JUICE VIS-NIR FM and SM detectors. Proceedings of SPIE 11443: Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, 14-18 December 2020, 1214-1233. https://doi.org/10.1117/12.2576319

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Figure 1. Le détecteur MAJIS VIS-NIR lors de son intégration dans la chambre à vide pour la campagne de caractérisation
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Figure 2. Le détecteur modèle de vol MAJIS VIS-NIR en cours d’intégration.