PRINCIPE / REALISATION / PERFORMANCES
En guise d’exemple, la sonde à impédance mutuelle, MIP qui est à bord de ROSETTA consiste en : une carte d’électronique (470 g, 247 mm x 147 mm, 1.9 W pic) pour la gestion de l’instrument, la mise en forme et le traitement des signaux (émis et reçus), et le calcul de la transformée de Fourier des signaux reçus de 7 kHz à 3.5 MHz ; et un capteur électrique léger (370 g). Les électrodes sont alignées et constituent un dipôle de réception (à l’extérieur) et un dipôle d’émission (à l’intérieur) supportés par un barreau cylindrique en fibre de carbone de 103.5 cm de long et de 2 cm de diamètre.
Si les électrodes d’émission sont placées suffisamment loin de celles de réception, la différence de potentiel V mesurée entre les électrodes de réception est indépendante des perturbations dues aux gaines d’ions qui se forment autour des électrons. C’est un des avantages majeurs des sondes quadripolaires. La distance entre les électrodes d’émission et de réception doit par contre être supérieure à deux fois la longueur de Debye du plasma, la longueur minimale pour qu’un ensemble de particules chargées se comporte de façon collective et constitue ainsi un plasma et pas un simple gaz ionisé. Pour mesurer des plasmas de longueurs de Debye plus grandes que la moitié de la distance émission/réception de la sonde il suffit d’utiliser un émetteur supplémentaire, par exemple une électrode dédiée ou une sonde de Langmuir située le plus loin possible de la sonde quadripolaire. A bord de ROSETTA, la sonde de Langmuir située à environ 4 m de MIP est ainsi utilisée pour mesurer des plasmas de longueur de Debye allant jusqu’à 2 m environ.
HISTORIQUE / UTILISATION
La technique de sonde à impédance mutuelle, et plus particulièrement celle de sonde quadripolaire, est utilisée depuis de nombreuses années dans l’espace. Il y a eu les tirs de fusées puis l’utilisation de satellites, tels que GEOS 1 et 2, ARCAD/AUREOL 3, VIKING et MARS96. Des mesures d’impédance ont ensuite été réalisées à bord de la sonde CASSINI/HUYGENS dans l’environnement de Titan, une des lunes de Saturne. Enfin une sonde à impédance mutuelle, MIP (‘Mutual Impedance Probe’) est à bord de la mission cométaire ROSETTA.
EVOLUTION
Par rapport à MARS96, la sonde à impédance mutuelle MIP de la mission ROSETTA est plus performante, les masses de l’électronique et du capteur ont été réduites d’un facteur deux, voire plus, il en est de même de sa consommation. Avec l’expérience AM2P (‘Active Measurement of Mercury’s Plasma’) de la mission BepiColombo/MMO (‘Mercury Magnetospheric Orbiter’) et la proposition MIME (‘Mutual Impedance MEasurements’) dans le cadre du projet JUICE (‘JUpiter ICy moons Explorer’) du programme ‘Cosmic Vision de l’ESA’, la tendance est à l’intégration poussée au niveau électronique et le partage de différent éléments faisant partie d’un consortium.
Ces éléments peuvent être l’antenne électrique, la chaîne d’acquisition (filtrage, numérisation), voire les moyens d’analyse pour finalement faire des mesures d’impédances propre et mutuelle et contribuer aux calibrations en vol de plusieurs capteurs, électriques et magnétiques. Les deux contributions, AM2P et MIME s’articulent autour d’un module d’électronique comprenant un synthétiseur numérique de nouvelle génération et des éléments de gestion de l’expérience (télécommandes, synchronisation, …), un logiciel d’analyse implanté dans le calculateur de bord. La conséquence est le nombre accru d’interfaces à gérer et des modes de fonctionnement partagés qui limitent les capacités de l’instrument.