5 Septembre 2014

Instrument SWA

L'ensemble instrumental analyseur de vent solaire (Solar Wind Analyser) comprend trois capteurs et une unité de traitement des donnés partagée (Data Processing Unit : DPU), et caractérisera complètement le vent solaire entre 0,23 - 1,4 UA. L'objectif général de SWA est de fournir des mesures compréhensibles in-situ du vent solaire pour établir les liens physiques fondamentaux entre l'atmosphère hautement dynamique magnétisée du Soleil et le vent solaire dans tous ces états calmes et perturbés.

Ces mesures sont vitales pour les objectifs de Solar Orbiter concernant les origines du vent solaire, les éruptions solaires, les chocs et les ions suprathermiques qui sont la population à l'origine des événements de particules solaires dangereux. Pour remplir ou dépasser les exigences de mesures, SWA doit être capable de mesurer les fonctions de distribution tridimensionnelles de vélocité des composants principaux du vent solaire : protons, particules alpha et électrons. Les moments de base des distributions, tels que la densité, vélocité, tenseur de température et vecteur de flux de chaleur, doivent être obtenus sous toutes les conditions de vent solaire et doivent être échantillonné suffisamment rapidement pour caractériser complètement l'état fluide et cinétique du vent. De plus, des mesures représentatives des éléments haut-FIP (groupe C, N, O) et bas-FIP (tels que Fe, Si ou Mg) sont nécessaires.

Ces mesures compréhensibles et coordonnées du plasma fournies par SWA utilisent des composants simples, fortement hérités qui ont volés dans de précédentes missions, incluant Ulysses, ACE, Helios, Stereo, Wind, Soho, Cluster et Cassini. Ces trois capteurs sont les suivants :

The 3 SWA sensors

  • Le SWA-EAS (Electron Analyzer System : Système Analyseur d'Électrons) est constitué d'une paire d'analyseurs électrostatiques top-hat avec des plaques déflectrices d'ouverture montées à l'ombre du satellite au bout du mât instrument. Le montage orthogonal des deux capteurs ainsi que le déflecteur d'ouverture à ±45° fournit un champ de vue de presque 4 soumis uniquement à des blocages mineurs par le satellite et ces appendices. Le capteur mesurera les flux d'électrons dans la gamme d'énergie de ~1 eV to ~5 keV avec E/E ~10-12% et une résolution angulaire = 10°. Les moments de la distribution d'électrons seront retournés à la cadence de 3 s, bien que le capteur soit capable de retourner les distributions en 3D complète à une cadence plus lente, et les distributions d'angle de tangage d'électron 2D à la cadence de ~0,1 s pendant de courtes périodes en mode "burst".

  • Le SWA-PAS (Proton-Alpha Sensor : Capteur de Protons-Alpha) comprend un Analyseur électrostatique top-hat (EA : electrostatic analyser ) conçu pour mesurer les fonctions de distribution de vélocité en 3D complète des principales espèces, des protons et des particules alpha du vent solaire dans la gamme d'énergie = 0,2-20 keV/q, avec E/E ~7,5%, une résolution angulaire = 2° à travers un champ de vue de -17,5° to +47,5° par ±22,5° de la direction solaire et à la cadence de 3 s. Des fonctions de distribution réduites (1,5-D) des protons et des particules alpha du vent solaire pour la même gamme d'énergie seront retournées à une cadence légèrement supérieure (0,1 s) pendant les modes "burst".

  • Le SWA-HIS (Heavy Ion Sensor : Capteur d'Ions Lourds) est constitué d'un module analyseur électrostatique à déviation d'ions pour atteindre le champ de vue de HIS nécessaire (-33° à +63° x ±18°), couplé avec un télescope temps-de-vol (time-of-flight : TOF) à détecteurs solides pour des mesures de l'énergie totale des ions. HIS mesurera cinq propriétés clés pour tous les ions : la masse dans la gamme 2-56 amu/q, la charge (q), l'énergie dans la gamme 0,5-100 keV/q (pour l'azimut) et 0,5-16 keV/q (pour l'élévation), E/E ~6% et la direction d'incidence (, ) avec une résolution de pixel de 6° x 6°. La résolution temporelle pour les mesures de distribution 3D est de 5 minutes pour un scan complet en mode normal et de 30 s pour les ions lourds ou de 3 s pour les particules alpha en mode "burst".

Prototype de capteur SWA EAS
Prototype de capteur EAS

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Les capteurs HIS et PAS nécessitent un champ de vue contenant la direction du Soleil et donc nécessitent des ouvertures dans le bouclier thermique du satellite ou (de préférence) un montage en bordure du bouclier thermique de telle sorte qu'ils dépassent de sa bordure.

Les capteurs de plasma SWA sont intégrés dans une suite, et servis par une DPU commune, qui fournie une interface unique pour la puissance, la télémesure et le contrôle avec le satellite ainsi que des fonctions de puissance, de basculement, de commande, de gestion et de traitement des données pour tous les capteurs.