Cluster

La mission Cluster est l’une des missions majeures du programme Horizons 2000 de l’Agence Spatiale Européenne (ESA).

Elle est constituée de 4 satellites identiques, lancés en deux paires en août et décembre 2000, à l’aide de fusées Soyouz depuis le site de Baïkonour (Kazakhstan). Les objectifs scientifiques de la mission sont axés sur l’étude des interactions du Vent Solaire et de la magnétosphère terrestre et de ses différentes régions et frontières. Celles-ci ont pu être explorées en détail grâce à une orbite évoluant au cours de la mission avec un périgée de 400 km et une apogée de 12 rayons terrestres (80000 km).

Vue d’artiste des 4 satellites CLUSTER en formation tétraédrique – Crédit image ESA

Chaque satellite, d’une masse d’une tonne, emporte onze instruments dédiés à la mesure des champs électriques et magnétiques continus et alternatifs, ainsi que les populations d’électrons et d’ions.

Instrumentation des satellites et mesures associées : ions, électrons (2, 5, 6), champ magnétique (4), champ électrique (3,8), ondes électromagnétiques (7, 9, 10, 11), contrôle du potentiel satellite (1). Crédit photo ESA

L’instrument CLUSTER-WHISPER

WHISPER (Waves of HIgh frequency and Sounder for Probing of Electron density by Relaxation) est l’un des onze instruments présents à bord de chacun des quatre satellites Cluster.

L’instrument WHISPER est dédié à deux fonctions fondamentales :

Une première fonction consiste en la mesure des fluctuations du champ électrique haute fréquence dans la bande [2-80 kHz]. Ces variations du champ électrique peuvent être d’origine locale (ondes électrostatiques) ou issues de sources lointaines (ondes électromagnétiques).
La seconde fonction est la mesure de la densité électronique du plasma environnant. La technique utilisée est celle du sondeur à relaxation qui consiste à exciter les résonances locales du plasma en émettant un puissant pulse électrique à des fréquences bien précises. L’analyse du spectre de la réponse du milieu et l’identification des résonances permet de déduire avec une excellente précision la densité électronique, paramètre clé du plasma. Cette mesure donne accès aux gradients locaux de la densité et à la distribution spatiale des électrons dans les différentes régions de la magnétosphère terrestre. De plus, de par son caractère absolu, cette mesure est utilisée pour la recalibration des instruments particules et des sondes de Langmuir.

Exemple de signatures plasmas, mesurées par l’instrument WHISPER, dans les différentes régions de la magnétosphère.

La conception et la réalisation technique de WHISPER ont été entièrement effectuées au LPC2E. L’instrument consiste en un boitier électronique, couplé aux antennes électriques (80m de long) du satellite. Il gère l’émission, la réception et l’analyse à bord du signal en temps réel. Après plus de 15 ans de mission, les quatre instruments WHISPER continuent de fonctionner nominalement et les données, distribuées à la communauté scientifique internationale à travers le centre d’archivage de l’ESA son toujours activement exploitées.

 

Contact LPC2E : Jean-Louis.Rauch@cnrs-orleans.fr