JUICE/RPWI Search Coil Magnetometer (SCM) Point CNES JUICE LPP/CNES Laboratoire de Physique des Plasmas Ecole Polytechnique, France 23 & 24 Mars 2016

Programme 23 Mars : Presentation de l'état du projet et des développements techniques (généralités). Matériaux / Composants Mécanique 24 Mars : Electronique (ASIC) AP/QA Budget (Bridging phase et cout à achèvement)

Généralités Laboratoire de Physique des Plasmas

La Mission JUICE Mission de l’agence spatiale européenne (ESA). Le LPP fournit l’instrument SCM du consortium RPWI SCM : Antenne permettant la caractérisation des composantes magnétiques des ondes dans la bande 0.1Hz – 20 kHz. Magnétomètre à induction (Fluxmètre) Pré-amplificateur faible bruit Support mécanique Objectif scientifique de SCM : Etude de la microphysique de l’électrodynamiques du système Jovien. Reconnexion magnétique Accélération et chauffage de particule Transfert d’energie dans un milieu non collisionnels (interactions ondes-particules) Emission aurorale

Le magnetometre à induction Repose sur la loi de Lenz. Le capteur se compose d’un noyau ferromagnétique bobiné muni d’un blindage électrostatique. Permet la mesure des composantes magnetiques des ondes de 100mHz à plusieur kHz. Une contre-réaction de flux permet de s’affranchir de la résonance et d’avoir un gain constant sur 2-3 decades. THEMIS SCM

Noyau magnétique Nanocristallin VP800 remplace le Ferrite habituellement utilisé Faible perte de permeabilité (18%) à basse Temperature Testé [-190°C / +20°C] Necessité d’un test à haute temperature : 100°C

Electronique de conditionnement Signaux analogiques amplifiés Plateforme ASIC Alimantation regulée 8.7m Pour atteindre la performance requise (4fT/sqrt(Hz)) le preampli doit etre integré au plus près du senseur (i.e dans le support mécanique). Mais les perturbations ressenties sur la ligne de regulation degrade la performance! Necessité d ‘integrer la regulation elle aussi au plus près du préamplificateur. Necessité de dimensioner une nouvelle version de l’ASIC OhmicMagicJUICEMAGIC

Caractéristiques techniques Fréquences 0.1 Hz to 20 kHz NEMI 8 pT/√Hz (at 1 Hz) 0.6 pT/√Hz (at 10 Hz) 0.06 pT/√Hz (at 100 Hz) 7-8 fT/√Hz (at 1 kHz & 20 kHz) 4 fT/√Hz (at 4 kHz) Masse nominale < 685 g Consommation <250 mW Dimensions Longueur= 200mm, Diametre= 20mm Emplacement JMAG Boom @ 8.7m Amplitude thermique -190°C / +90°C Interface electrique 3 analog signals + 1 CAL signal from LF Analyzer + power supply line

SCM : Emplacement de l’instrument

Ressources Humaines Laboratoire de Physique des Plasmas

Organisation de l’équipe 2014/2015 Project manager J. Schrives Lead Co-I T. Chust Co-I A. Retino P. Canu T.M Lead Sensor design M. Mansour Electronic GSE, Test D. Alison Lead ASIC design G. Sou ASIC design ingeneer A. Rhouni Lead mechanical design N. Geyskens Lead thermal design L. Bylander CNES LPP DT-INSU IRFU L2E TBD

Organisation de l’équipe 2016 Project manager C. Larigauderie AP/QA Lead Co-I A. Retino Co-I T. Chust P. Canu T.M Lead Sensor design M. Mansour Electronic GSE, Test D. Alison Lead ASIC design G. Sou ASIC design ingeneer (0.2 ETP) J-D Techer Lead mechanical design N. Geyskens Lead thermal design L.Bylander CNES LPP DT-INSU IRFU L2E TBD

Mécaniques Laboratoire de Physique des Plasmas

SCM : Interface mécanique SCM sera monté sur le bras du fluxgate (JMAG) à une distance de 8,7m Les capteurs sont montés dans une structure realisé entierement en PEEK GF 30 qui garantit l’orthogonalité entre les capteurs et assure l’ interface mécanique avec le bras. La position angulaire de SCM doit être connue à mieux que 1° sur la gamme de température. Une étude préliminaire du manteau thermique a été menée (Lars Bylander-IRFU). Gamme de température estimée : -140°C (Environment de Jupiter) à +90°C (Venus Fly-by) Budget Masse Totale 685 g Optimisation de la masse du support mécanique : 338 g -> 152g

Electronique (ASIC) Laboratoire de Physique des Plasmas

ASIC ASIC V Fb V In V Out LFR V Cal V sat Objectif : Faible bruit : 4 nV/sqrt(Hz) @ 10 Hz / 80 dB gain Faible consommation Pw< 300 mW Forte tenue aux radiations 300 krads TID Stable en temperature 77 k - 373 K Heritage: DeepMagIC , OhmicMagic Techno : Bulk CMOS 0.35µm. Consommation : 16 mW Radiations : 305 kRad Temperature : 77° K Bruit@ 10 Hz : 4nV/sqrt(Hz) ASIC V In LFR V Out V Cal V sat

ASIC ASIC V Fb G1 V In G2 V Out Vdd Vref Vbias LFR V Out V Cal VBg AMPLIS G1 V In G2 V Out AC Coupling Buffer de Calibration REGUS Vdd Vref Vbias Régulation Vsat -> Vdd Régulation Vdd -> Vref Circuit de Polarisation LFR V Out V Cal VBg TEMP V sat Référence de tension V(T)=Cte

ASIC ASIC V Fb G1 V In G2 V Out Vdd Vref Vbias LFR V Out V Cal VBg AMPLIS G1 V In G2 V Out AC Coupling Buffer de Calibration REGUS Vdd Vref Vbias Régulation Vsat -> Vdd Régulation Vdd -> Vref Circuit de Polarisation LFR V Out V Cal VBg TEMP V sat Référence de tension V(T)=Cte

Projet Laboratoire de Physique des Plasmas

Budget Fonctionnement 2016 Fonctionnement 2017 Sur reliquats BdC 4500047098 Bridging phase. Demande d’un CDD pour 6 mois : 21 525,00 € Fonctionnement 2017 Sur convention à venir: Demande CDD 12 mois +Travaux cout à achèvement : 317 736,00 €