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