PICAM et la MISSION BEPI COLOMBO J.J. Berthelier, J Becker, F. Leblanc (LATMOS), F. Leblanc (LPP)
Planetary Ion Camera MPO Bepi-Colombo F. Leblanc 1, J.J. Berthelier 1, F. Leblanc 2, J. Becker 1 1...
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Planetary Ion CameraMPO
Bepi-Colombo
F. Leblanc1, J.J. Berthelier1, F. Leblanc2, J. Becker1
1 LATMOS/IPSL, France 2 LPP, France
Réunion projets spatiaux système solaire 27 Janvier 2010c
Objectifs scientifiques
Caractérisation de l’exosphère ionisée de Mercure et de sa relation avec sa surface et sa magnétosphère
Caractérisation des espèces exosphériques ioniséesApproche: spectromètre de masseObjectif: Composition exosphérique
Caractérisation des mécanismes de circulation:Approche: mesure des distributions en énergieObjectif: relations exosphère/magnétosphère
Caractérisation de la distribution spatiale de l’exosphère: Approche: bonne résolution temporelleObjectif: relations surface/exosphère/magnétosphère
Organisation de PICAM/MPO
Ele
ctro
nic
s B
ox
Optics
HV converter
Controller
Gate Encoder & Driver
DC/DC converter
Det
ecto
r R
ing
MCPs
MCPs Holder / Anodes
Detector electronics (ASICs)
CETP
BIRA – CETP - ESTEC
MPS
MPS
IWF
CETP - ESTEC
IKI
IWF - CETP
IWF - MPS
PI : Klaus TORKAR (IWF)
IWF
+ CETP+ IWF
CETP → LATMOS + LPP (09/01/01)Projet LATMOS
Responsabilité technique du détecteur au LPP
Performances
Paramètre Valeur
Gamme en énergie >1 eV - 3 keV
Résolution en énergie E/E
7%
Champ de vue 3‑D, 2 sr
Résolution angulaire ~22.5o
Résolution en masse M/M
>50
Gamme en masse 1 ... ~132 uma (Xe)
Résolution temporelle 1 s ... 320 s
Facteur géométrique G = S
2.3 x 10–4 cm2 sr
Poids de l’instrument 1800g
Puissance consommée 3.1 à 7 W
Dimensions Optique Ø 120 mmh 100 mm
Dimensions Electronics Box
120x100x60 mm3
Spectromètre de masse ioniqueMesure de la composition en masse des ions de basse énergie dans l’environnement ionisé de MercureMesure du spectre en énergie et de la distribution angulaire des ions.
Schéma de principe
Contributions françaises: Détecteur + Optique
Fente d’entrée
Miroir M1
Electrode de Gating
Miroir M2 Analyseur torique
Détecteur
Détecteur
3 MCPs
MCPs BIASINGCIRCUIT
MCPs VOLTAGES
Collector61 PIX
Repeller
2 * 32 Channels ASIC
TIME DIGITAL
CONVERTER
33 CHANNELS
STOPs
32 ChargeSensitive Discri.
AUXILLIARYFUNCTIONS
COMMANDS
START
DATA OUT
Le détecteur est constitué:
• D’un ensemble de 3 MCP + circuit de polarisation associé
(Génération d’un nuage d’électrons en sortie pour chaque impact d’ion en entrée)
• D’un collecteur pixellisé
(Réception du nuage d’électrons issue de la MCP sur l’un des 61 pixels, Génération d’un pulse de charge constituant un évènement STOP sur la voie correspondant à la position de l’impact)
• De deux ASIC TIMPO32 + électronique associé
(Mesure du temps entre un pulse START envoyé par le système de commande de gating et un pulse STOP issue du collecteur. Sur chaque ASIC une voie est dédiée aux évènements START et les autres aux évènements STOP)
Optique
+ Réalisation du miroir primaire¼ de coupe Optique STM
Le STM a été défini et étudié au LATMOS. La fabrication (en cours) est
prise en charge par IWF.
Ressources humaines
+ CDD (J. Becker, 6 mois) pour l’étude de l’optique de PICAM
Echéancier et besoins
Livraison STM: Mai 2010
Livraison EM: juin 2010
Livraison QM: Mars 2011
Livraison FM: Juillet 2011
Livraison FS: Février 2012
Lancement 2014
A partir de 2010 afin de remplacer progressivement le rôle du LPP un électronicien numérique et analogique impulsionnel
(IE ou IR) ~0.5 ETP
Neutral and Ion Mass and Energy Imaging Spectrometer
NIMEIS
F. Leblanc1, J.J. Berthelier1, F. Cipriani2, J. Becker1
1 LATMOS/IPSL, France 2 ESTEC/ESA
Réunion projets spatiaux système solaire 27 Janvier 2010c
NIMEIS Objectifs scientifiques
Caractérisation des atmosphères/exosphères/ionosphères des satellites de Jupiter et des planètes faiblement
magnétisés ET de leur relation avec leur surface et/ou atmosphère et magnétosphère
Caractérisation des espèces atmosphériques Approche: spectromètre de masse de grande sensibilitéObjectif: Composition atmosphérique
Caractérisation des mécanismes d’éjection:Approche: mesure des distributions en masse et énergieObjectif: relations surface/atmosphère
Caractérisation de la distribution spatiale de l’atmosphère: Approche: grande résolution temporelleObjectif: relations surface/atmosphère/magnétosphère
Place de NIMEIS dans la programmation spatiale
EJSM: DoI soumis, instrument noté 4.13/5
Principale remarque: « One of the key elements of the instrument are the CNT,although dedicated tests are foreseen, the procurement plan is also an additional concern. The study should also address the case of a backup electron emitter and the impact on resources. The team will be requested to update their instrument information concerning the ASIC development from BepiColombo PICAM. »
Mars-Next: instrument qui fait partie du payload nominal
Projet d’atterisseur lunaire: NIMEIS a été proposé en réponse à l’AI
Schéma de Principe
ZZ
Détecteur imageur 2D
120 mm
Surfacesdéfléchissantes
100 mmReflectr
on
Neutres/Neutres/IonsIons
20 20 mmmm
80 80 mmmm
130 130
mmmm
130
130
mm
mm
X X
VsatelliVsatellitete
Temps Temps de volde vol
AnalyseurAnalyseurélectrostatélectrostat
iqueique
SourceSourceionisatiionisati
onon ZZ X X
L’analyseur électrostatique disperse en énergie à l’entrée du TdV. Le TdV mesure le temps de passage (ou avec un portail ou par un champ défléchissant) et le temps d’arrivée est mesuré par le détecteur (1D= énergie & 1D=masse)
Volume: 152010 cm3
Télémétrie: en moyenne environ 1kbit/s
Puissance: 4.5 W avec 30% marge = 5.8 W
NIMEIS Ressources
Poids (g) Marge (20%)
NIMEIS
Détecteur - électronique 400 80
Structure 800 160
TdV – Optique 400 80
Système de pointage 200 40
Source d’ionisation 350 70
Total 2150 430
TOTAL avec marge (20%) 2580 g
Source d’ionisation: • Similaire de celle de COPS/ROSINA • R&T sur les nano-tubes de carbone ou sur les micro-pointes (Cipriani, thèse, 2006). • Tests et études de laboratoire à ESA/ESTEC sur un premier prototype avec nano-tubes.
NIMEIS Héritage
Analyseur électrostatique:• Similaire que sur NMS/Giotto
Temps de vol:• Temps de départ: PICAM/Bepi Colombo• Reflectron dérivé de PALOMA (R&T)• Détecteur imageur: développé dans le cadre de PICAM/Bepi-Colombo
Plan de Travail
- Etude numérique (d’ici Mars 2010) par J. Becker (CDD)
- Etude de deux composants électroniques par A. Bouabdellah (IE) d’ici Mars 2010
- Déménagement de la chambre à vide de F. Cipriani (Thèse) sur le site de Guyancourt (été 2010) par A. Bouabdellah (IE)
-Réalisation d'un dessin mécanique par P. Gilbert (IE)
- Construction d'un prototype (à partir de septembre 2010) par A. Bouabdellah (IE) + ?? (IR) ou/et doctorant
- Tests du prototype par A. Bouabdellah (IE) + ?? (IR) ou/et doctorant
Echéancier
T1 : 01/04/2010 Rapport de simulation
T2 : 04/06/2010 Rapport d'avancement sur la définition de l'instrument
T2.1 : 15/12/2010 Dossier de Définition du prototype complet
Début 2011: réponse à l’AO EJSM
T3 : 10/02/2012 Dossier de Recette du démonstrateur, Synthèse de l'étude
Besoins
- un poste IR (0.5 ETP): demande faite par le LATMOS au CNRS
- un poste IE (0.5 ETP) électronicien numérique et analogique
- thèse CNES/CNRS pour prolonger J. Becker