Carmen-1

Dans le cadre d'une coopération franco-argentine, l’instrument Carmen a été embarqué, en tant que passager technologique, sur le satellite SAC-D (Satelite de Aplicaciones Cientificas-D) pour une mission de 5 ans et pour un lancement prévu initialement en juillet 2009 (LEO 657 km, 96°). Il s'agit de la première mission Carmen décidée formellement par le CNES en COMEX le 14/12/2004.

Modèles de vol ICARE-NG (ci-dessus) et SODAD #1 (ci-dessous) de la mission Carmen-1

Carmen-1 est composé de l'instrument ICARE-NG et de trois détecteurs additionnels de micro débris et micrométéorites, SODAD.

Le satellite SAC-D est dédié à l'observation de la circulation océanique, des variations climatiques et de l'environnement. Réalisé dans le cadre d'une coopération États-Unis-Argentine-Italie-France (NASA-CONAE-ASI-CNES), cette mission est basée sur l'utilisation d'une plate-forme de type SAOCOM et embarque pour la partie opérationnelle, l'instrument de la NASA AQUARIUS. La plateforme est réalisée par l'INVAP sous maîtrise d'œuvre de la CONAE. Le satellite SAC-D est finalement lancé en juin 2010. L’orbite retenue est pratiquement celle de son prédécesseur SAC-C.

Pour la mission Carmen-1, le CNES assure le rôle de maître d'œuvre instrument et a confié respectivement la réalisation du modèle de vol de l'instrument ICARE-NG à la société EREMS et celle des capteurs SODAD à la société STEEL Électronique.

Satellite SAC-D

Objectifs mission

L'instrument CARMEN-1 a des objectifs mission qui lui sont propres ainsi que des objectifs en lien avec le satellite qui l'emporte à son bord :

• objectifs scientifiques : permettre la mesure des flux de particules chargées et les effets de ces flux de particules sur les composants électroniques qu'il embarque et permettre le comptage et la datation des impacts de micro débris et micro météorites
• objectifs associés à SAC-D : caractériser l'environnement radiatif local, aider à l'identification des anomalies dont pourraient être l'objet les équipements en vol en particulier dans l'Anomalie de l'Atlantique Sud (SAA) et interfacer auprès du satellite les trois détecteurs SODAD.

Performances de la mission Carmen-1

Description et caractéristiques

L'instrument ICARE-NG/Carmen-1 se compose de 3 détecteurs de radiation associés à une électronique d'acquisition et traitement (Boîtier SPECTRE) et d'une carte expérience composants (Module EXPERIENCE) identiques à ceux de Carmen-2. L'instrument ICARE-NG réalise de plus l'interface TM/TC pour les capteurs SODAD.

Description fonctionnelle de Carmen-1

Les détecteurs de radiation sont des diodes silicium utilisées en mode simple ou en coïncidence. Le boîtier SPECTRE réalisera les mesures de spectres de radiation sur diverses gammes d'énergies. Ces mesures consistent à générer à bord de l'instrument les spectres cumulés en énergie pour chaque type de particule pendant une période programmable.

Les niveaux de référence, les gains des chaînes de mesure et la période d'accumulation pour la génération des spectres sont programmables et permettent une possible optimisation de la mise au point en vol. L'ensemble de ces valeurs est préréglé avant le lancement.

En plus de l'électronique de traitement, le boîtier SPECTRE effectue les fonctions d'alimentation et d'interface de télécommande / télémesure via un bus 1553. Il comprend également une interface de télécommande / télémesure pour le contrôle d'un ou plusieurs instruments externes. Dans le cas de la mission CARMEN-2, cette capacité n'est pas utilisée.

Le rôle du module EXPERIENCE (MEX) est de mesurer en vol les taux d'événement et les dérives paramétriques d'un ensemble de composants électroniques avancés. Ce module est esclave du boîtier SPECTRE dont il dépend pour toutes ses alimentations et pour les échanges de données avec l'extérieur.

L'instrument CARMEN-1 présente les caractéristiques principales suivantes :

Principales caractéristiques de l'instrument Carmen-1

En ce qui concerne l'instrument SODAD, quatre modèles de vol ont été initialement développés. Trois pour le micro satellite brésilien FBM et un pour la station internationale ISS dans le cadre de l'expérience MEDET. Le modèle pour la station a été installé en orbite en février 2008. Mais l'arrêt de la participation du CNES au projet FBM en 2004 a permis de disposer de 3 modèles de vol SODAD presque complets en attente d'intégration et de spécification d'interface mécanique.

SODAD est dédié à la détection de micrométéorite et de micro débris spatiaux. Le principe de mesure est basé sur l'échantillonnage de la décharge d'une capacité MOS dont l'électrode supérieure est très mince et la surface directement exposée à l'impact des particules. Un potentiel électrique est appliqué sur le dispositif et une charge est normalement stockée dans la capacité. Quand une particule de haute vitesse la traverse avec assez d'énergie, elle peut la court-circuiter et conduire à une décharge de celle-ci. L'événement est alors mesuré et permet de caractériser la vitesse et la masse de la particule. En peu de temps, le capteur est ensuite rechargé à sa valeur nominale.

L'évaporation de l'électrode autour du site d'impact empêche généralement la présence de courts-circuits permanents. La sensibilité du capteur dépend principalement de l'épaisseur diélectrique, de la matière et l'épaisseur de l'électrode supérieur et de la tension appliquée. Le dispositif est dimensionné pour la détection de particules d'un diamètre 0.5 µm à quelques µm.

ICARE-NG (ci-dessus) et un des détecteurs SODAD (ci-dessous) intégrés sur leur panneau respectif