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Planetary Ion Camera MPO Bepi-Colombo F. Leblanc 1, J.J. Berthelier 1, F. Leblanc 2, J. Becker 1 1 LATMOS/IPSL, France 2 LPP, France Réunion projets spatiaux.

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1 Planetary Ion Camera MPO Bepi-Colombo F. Leblanc 1, J.J. Berthelier 1, F. Leblanc 2, J. Becker 1 1 LATMOS/IPSL, France 2 LPP, France Réunion projets spatiaux système solaire 27 Janvier 2010c

2 Objectifs scientifiques Caractérisation de lexosphère ionisée de Mercure et de sa relation avec sa surface et sa magnétosphère Caractérisation des espèces exosphériques ionisées Approche: spectromètre de masse Objectif: Composition exosphérique Caractérisation des mécanismes de circulation: Approche: mesure des distributions en énergie Objectif: relations exosphère/magnétosphère Caractérisation de la distribution spatiale de lexosphère: Approche: bonne résolution temporelle Objectif: relations surface/exosphère/magnétosphère

3 Organisation de PICAM/MPO Electronics Box Optics HV converter Controller Gate Encoder & Driver DC/DC converter Detector Ring MCPs MCPs Holder / Anodes Detector electronics (ASICs) CETP BIRA – CETP - ESTEC 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

4 Performances ParamètreValeur Gamme en énergie>1 eV - 3 keV Résolution en énergie E/E 7% Champ de vue 3 D, 2 sr Résolution angulaire~22.5 o Résolution en masse M/ M >50 Gamme en masse1... ~132 uma (Xe) Résolution temporelle1 s s Facteur géométrique G = S 2.3 x 10 –4 cm 2 sr Poids de linstrument1800g Puissance consommée3.1 à 7 W Dimensions OptiqueØ 120 mm h 100 mm Dimensions Electronics Box120x100x60 mm3 Spectromètre de masse ionique Mesure de la composition en masse des ions de basse énergie dans lenvironnement ionisé de Mercure Mesure du spectre en énergie et de la distribution angulaire des ions.

5 Schéma de principe Contributions françaises: Détecteur + Optique Fente dentrée Miroir M1 Electrode de Gating Miroir M2 Analyseur torique Détecteur

6 3 MCPs MCPs BIASING CIRCUIT MCPs VOLTAGES Collector 61 PIX Repeller 2 * 32 Channels ASIC TIME DIGITAL CONVERTER 33 CHANNELS STOP s 32 Charge Sensitive Discri. AUXILLIARY FUNCTIONS COMMANDS START DATA OUT Le détecteur est constitué: Dun ensemble de 3 MCP + circuit de polarisation associé (Génération dun nuage délectrons en sortie pour chaque impact dion en entrée) Dun collecteur pixellisé (Réception du nuage délectrons issue de la MCP sur lun des 61 pixels, Génération dun pulse de charge constituant un évènement STOP sur la voie correspondant à la position de limpact) 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)

7 Optique + Réalisation du miroir primaire ¼ de coupe Optique STM Le STM a été défini et étudié au LATMOS. La fabrication (en cours) est prise en charge par IWF.

8 Ressources humaines + CDD (J. Becker, 6 mois) pour létude de loptique de PICAM

9 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

10 Neutral and Ion Mass and Energy Imaging Spectrometer NIMEIS F. Leblanc 1, J.J. Berthelier 1, F. Cipriani 2, J. Becker 1 1 LATMOS/IPSL, France 2 ESTEC/ESA Réunion projets spatiaux système solaire 27 Janvier 2010c

11 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 sensibilité Objectif: Composition atmosphérique Caractérisation des mécanismes déjection: Approche: mesure des distributions en masse et énergie Objectif: relations surface/atmosphère Caractérisation de la distribution spatiale de latmosphère: Approche: grande résolution temporelle Objectif: relations surface/atmosphère/magnétosphère

12 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 datterisseur lunaire: NIMEIS a été proposé en réponse à lAI

13 Schéma de PrincipeZ Détecteur imageur 2D 120 mm Surfaces défléchissantes 100 mm Reflectron Neutres/Ions 20 mm 80 mm 130 mm X Vsatellite Temps de vol Analyseurélectrostatique Sourceionisation Z X Lanalyseur électrostatique disperse en énergie à lentrée du TdV. Le TdV mesure le temps de passage (ou avec un portail ou par un champ défléchissant) et le temps darrivée est mesuré par le détecteur (1D= énergie & 1D=masse)

14 Volume: 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 - électronique40080 Structure TdV – Optique40080 Système de pointage20040 Source dionisation35070 Total TOTAL avec marge (20%) 2580 g

15 Source dionisation: 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

16 Plan de Travail - Etude numérique (dici Mars 2010) par J. Becker (CDD) - Etude de deux composants électroniques par A. Bouabdellah (IE) dici Mars 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

17 Echéancier T1 :01/04/2010Rapport de simulation T2 :04/06/2010Rapport d'avancement sur la définition de l'instrument T2.1 :15/12/2010Dossier de Définition du prototype complet Début 2011: réponse à lAO EJSM T3 :10/02/2012Dossier de Recette du démonstrateur, Synthèse de l'étude

18 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


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