Carmen-3

Dans le cadre du projet Jason-3, il a été décidé de reconduire les expériences de radiation du JRE (Join Radiation Experiment) mené sur Jason-2, à savoir Carmen-2 et LPT (Light Particle Telescope) de la JAXA. C'est la Mission Carmen-3.

Initialement, Cette mission devait correspondre à l'emport d'un instrument ICARE-NG identique à celui à bord de Jason-2. Cependant, un capteur additionnel supplémentaire, AMBRE, capable de détecter des ions et des électrons de plus faibles énergies, est emporté également.

Finalement, Carmen-3 est le nom donné à l'architecture intégrée à bord du satellite Jason-3 (MEO 1336 km, 66°). Dans cette mission prévue pour 5 ans, Carmen-3 est composé de l'instrument ICARE-NG et du capteur AMBRE. L'instrument ICARE-NG de Carmen-3 est fortement récurrent de celui de Carmen-2 excepté les interfaces avec AMBRE.

Le satellite Jason-3 assurera la continuité de service opérationnel de la mission d’altimétrie entamée avec TOPEX-POSEIDON et poursuivie avec Jason-1 et 2. C'est un satellite dédié à l'observation de la circulation océanique. Son principal objectif scientifique est d’observer la topographie dynamique des océans grâce à l’altimétrie spatiale. Cette mission réalisée dans le cadre d'une coopération à quatre partenaires Europe – Etats-Unis (CNES-EUMETSAT-NASA-NOAA) est de type mini satellite basée sur l'utilisation d'une plate-forme PROTEUS qui embarquera, pour la partie opérationnelle, 3 instruments principaux : un radiomètre du JPL (Jet Propulsion Laboratory), le système de positionnement DORIS et l’altimètre nadir POSEIDON3, tous les deux du CNES.

Dans le cadre de la mission Carmen-3, le CNES assure le rôle de maître d'œuvre instrument et a confié la réalisation du modèle de vol de des instruments ICARE-NG et AMBRE à la société EREMS.

Objectifs Mission

L'instrument Carmen-3 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 ICARE-NG : permettre la mesure des flux de particules chargées et les effets de ces flux de particules sur les composants électroniques qu'il embarque.
• objectifs scientifiques AMBRE : permettre la mesure des flux de particules chargées basses énergies responsables des phénomènes de décharge électrostatique.
• objectifs associés à Jason-2 : caractériser l'environnement radiatif local et aider à l'évaluation des potentielles dérives dues aux radiations dont pourraient être l'objet les équipements en particulier dans l'Anomalie de l'Atlantique Sud (SAA).

Description et caractéristiques

L'instrument ICARE-NG/Carmen-3 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) sensiblement similaires à ceux de Carmen-1.

L'instrument ICARE-NG réalise de plus l'alimentation du capteur additionnel AMBRE (qui est situé à l'extérieur du satellite) ainsi que son interface TM/TC associée. Un étage spécifique du convertisseur DC/DC a été d'ailleurs développé pour assurer une alimentation isolée pour AMBRE.

Description fonctionnelle de Carmen-3

Les détecteurs de radiation embarqués par ICARE-NG 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 du capteur AMBRE.

Le rôle du module EXPERIENCE (MEX) est de mesurer en vol les taux d'évènement 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.

AMBRE est un modèle de capteur capable de détecter des ions et des électrons de faibles énergies dans la gamme 10ev-30keV. Ce capteur discrimine les particules selon leur énergie et réalise des spectres en énergie.

L'instrument Carmen-3 présente les principales caractéristiques suivantes :

Instrument AMBRE

Issue d’une technologie de l'IRAP(Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie), le capteur AMBRE bénéficie de l'héritage acquis par les missions précédentes (GIOTTO : Electrons, INTERBALL : Electrons & ions, CLUSTER : Ions, STEREO : Electrons). AMBRE est un modèle compact et allégé destiné à être embarqué plus systématiquement et plus facilement.

C'est un modèle de capteur capable de détecter des ions et des électrons de faibles énergies dans la gamme 10ev-30keV. Il est capable de discriminer les particules selon leur énergie et réalise des spectres en énergie. Il est interfacé par l’instrument ICARE-NG qui l'alimente et avec qui il échange télémesures et télécommandes.

Le capteur Ambre est monobloc et possède une partie médiane qui intègre l’électronique, les connexions électriques ainsi que les interfaces de fixation mécanique vers le satellite. De part et d’autre de cette partie centrale sont implantés deux capteurs respectivement pour la mesure des protons et des électrons.

La mesure de particules se fait sur un minimum de 256 bandes spectrales définies à +-5% selon une échelle logarithmique comprise entre 10eV et 30keV. Le comptage se fait suivant quatre voies ayant au total un angle de vue de ~180° dans un sens et ~11° dans l’autre. Les flux attendus vont d’une fraction de pA/cm² à 10nA/cm². La dynamique du capteur permet de mesurer les forts flux sans saturation.

ICARE-NG intégré sur son panneau