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Mesurer le champ électrique et magnétique grâce à un capteur combiné

Research Topic Chapter
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Dans le cadre de la mission Comet Interceptor de l'ESA visant le survol d'une comète, l’IASB a conçu et construit un capteur combiné pour mesurer le champ électrique et magnétique. La combinaison de ces deux types d'instruments nécessitait des précautions particulières pour éviter que les deux capteurs n'interfèrent l'un avec l'autre. Comme c'est généralement le cas pour les applications spatiales, l'instrument devait être léger. Nos ingénieurs se trouvaient devant un problème de conception mécanique difficile… mais le travail a été accompli avec succès!
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La mission Comet Interceptor

La mission Comet Interceptor de l’Agence spatiale européenne vise à effectuer le survol d’une comète. La sonde spatiale principale est relativement petite, mais contient beaucoup d'instruments.

Afin d'éviter que la charge utile ne devienne trop complexe et lourde, les équipes en charge du magnétomètre FGM (U. Auster, Université technique de Braunschweig, Allemagne) et des sondes de champ électrique COMPLIMENT (P. Henri, LPC2E, Orléans, France; N. Edberg , IRF, Uppsala, Suède; J. Peterson, IRF, Kiruna, Suède; J. De Keyser, IASB, Bruxelles, Belgique) ont proposé de combiner leurs deux instruments en un seul capteur.

Les sondes COMPLIMENT et le capteur combiné

Le capteur COMPLIMENT agit comme un capteur de champ électrique. Il se compose de deux sphères en aluminium de 8 cm de diamètre, chacune montée sur un mât qui positionne les sphères à environ 1 m pour éviter des interférences produites par le satellite lui-même. Exposées à l'espace, ces sphères se comportent comme un contact électrique avec l'environnement spatial, car les particules chargées qui remplissent l'espace peuvent entrer en collision avec la sphère.

En jouant avec leur potentiel électrique et en mesurant le courant correspondant, les caractéristiques du plasma peuvent être mesurées. L'une des deux sphères a été convertie en un capteur combiné.

Un défi de conception

Nos ingénieurs ont été confrontés au problème suivant: comment intégrer le magnétomètre à l'intérieur de la sonde sphérique, tout en enveloppant le magnétomètre dans une enveloppe électriquement conductrice qui protège la sonde électrique des perturbations qui découlent du fonctionnement du magnétomètre. Tout cela devait être léger, mais suffisamment solide pour supporter les vibrations lors du lancement.

Les ingénieurs de l’IASB ont itéré leur conception avec les différentes équipes impliquées et ont proposé une approche prometteuse. L’enveloppe est constituée d'une fine feuille conductrice et est maintenue en place par une structure en polyuréthane souple, à mi-chemin entre le magnétomètre et la sonde sphérique - la configuration idéale du point de vue électrique.

Après avoir fait fabriquer tous les composants par l'industrie, les sphères et la feuille ont été préparés dans l'atelier de l’IASB et ont été expédiés en Allemagne pour intégration avec le magnétomètre et le mât.

Succès

Toute l'équipe a été ravie du résultat des tests de vibration qui imitent les charges mécaniques lors du lancement: la sonde a survécu aux tests et la fine feuille semble bien rester sur place.

La faisabilité du concept de capteur combiné a été démontrée. Une caractérisation électrique et magnétique supplémentaire du capteur combiné est en cours.

FGM COMPLIMENT Vibration Tests
Le prototype de capteur combiné FGM-COMPLIMENT monté à l’extrémité du mât déployable pendant les tests de vibration. (Vidéo) (Crédit: TU Braunschweig)

Perspectives

La prochaine étape consiste à construire les prototypes d'instruments et l'instrument de vol en suivant le calendrier imposé par l'ESA.

 

Pour en savoir plus?

Snodgrass, C., and Jones, G.H. (2019). The European Space Agency’s Comet Interceptor lies in wait. Nature Communications, 10, A5418. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13470-1 Open Access Logo

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Un prototype du capteur combiné FGM-COMPLIMENT pendant l'intégration, montrant comment le magnétomètre est entouré par la fine feuille anti-interférence. (Crédit: BIRA-IASB)