F. Leblanc1, J.J. Berthelier1, F. Leblanc2, J. Becker1 Planetary Ion Camera MPO Bepi-Colombo F. Leblanc1, J.J. Berthelier1, F. Leblanc2, J. Becker1 1 LATMOS/IPSL, France 2 LPP, France J’ai change le nom par rapport a INMEA et n’ai pas repris le meme nom que pour EJSM pour nous simplifier la vie car il est peut etre raisonnable d’utiliser deux noms differents si on pense faire deux instruments tres differents, qu’en penses tu? 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 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 l’exosphère: Approche: bonne résolution temporelle Objectif: relations surface/exosphère/magnétosphère Un point important à souligner à propos de la caractérisation des mécanismes d’éjection: le vent et flux solaire erode et/ou enrichisse l’asteroide, il s’agit donc de savoir comment la surface de l’asteroide a ete modifie durant les 4 milliards dernieres annees, pour cela il est important de mesurer a la fois: - les particules ejectees de la surface par le vent solaire et de savoir quelles mecanismes les a ejectees, - les particules solaires reflechies a la surface pour connaitre les conditions solaires au moment de la mesure (surtout protons de quelques centaines d’eV).

Organisation de PICAM/MPO Detector electronics (ASICs) PI : Klaus TORKAR (IWF) Optics IKI + CETP + IWF Detector Ring CETP - ESTEC IWF - CETP MCPs Electronics Box CETP MCPs Holder / Anodes BIRA – CETP - ESTEC Detector electronics (ASICs) MPS Gate Encoder & Driver MPS HV converter IWF - MPS IWF Controller IWF DC/DC converter CETP → LATMOS + LPP (09/01/01) Projet LATMOS Responsabilité technique du détecteur au LPP

Performances Spectromètre de masse ionique Mesure de la composition en masse des ions de basse énergie dans l’environnement ionisé de Mercure Mesure du spectre en énergie et de la distribution angulaire des ions. 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 mm h 100 mm Dimensions Electronics Box 120x100x60 mm3

Contributions françaises: Détecteur + Optique Schéma de principe Fente d’entrée Electrode de Gating Miroir M1 Miroir M2 Analyseur torique Détecteur Contributions françaises: Détecteur + Optique

Détecteur 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) 3 MCPs MCPs BIASING CIRCUIT MCPs VOLTAGES Collector 61 PIX Repeller 2 * 32 Channels ASIC TIME DIGITAL CONVERTER 33 CHANNELS STOPs 32 Charge Sensitive Discri. AUXILLIARY FUNCTIONS COMMANDS START DATA OUT

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

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 J’ai change le nom par rapport a INMEA et n’ai pas repris le meme nom que pour EJSM pour nous simplifier la vie car il est peut etre raisonnable d’utiliser deux noms differents si on pense faire deux instruments tres differents, qu’en penses tu? 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 sensibilité Objectif: Composition atmosphérique Caractérisation des mécanismes d’éjection: Approche: mesure des distributions en masse et énergie Objectif: relations surface/atmosphère Caractérisation de la distribution spatiale de l’atmosphère: Approche: grande résolution temporelle Objectif: relations surface/atmosphère/magnétosphère Un point important à souligner à propos de la caractérisation des mécanismes d’éjection: le vent et flux solaire erode et/ou enrichisse l’asteroide, il s’agit donc de savoir comment la surface de l’asteroide a ete modifie durant les 4 milliards dernieres annees, pour cela il est important de mesurer a la fois: - les particules ejectees de la surface par le vent solaire et de savoir quelles mecanismes les a ejectees, - les particules solaires reflechies a la surface pour connaitre les conditions solaires au moment de la mesure (surtout protons de quelques centaines d’eV).

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 Source ionisation Z Vsatellite Z X Neutres/Ions Surfaces défléchissantes 20 mm 100 mm X Détecteur imageur 2D Reflectron 130 mm 130 mm 120 mm 80 mm Analyseur électrostatique Temps de vol 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)

Détecteur - électronique NIMEIS Ressources Poids (g) Marge (20%) NIMEIS Détecteur - électronique 400 80 Structure 800 160 TdV – Optique Système de pointage 200 40 Source d’ionisation 350 70 Total 2150 430 TOTAL avec marge (20%) 2580 g Volume: 152010 cm3 Télémétrie: en moyenne environ 1kbit/s Puissance: 4.5 W avec 30% marge = 5.8 W

NIMEIS Héritage Source d’ionisation: Analyseur électrostatique: 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. 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