Perspectives vers AMBRE 3

L’instrument AMBRE 2 étant réalisé et étalonné, ce dernier chapitre s’intéresse aux perspectives à venir pour les instruments AMBRE avec comme ambition d’augmenter la plage de mesure en énergie de ces instruments jusqu’à 80 keV. VII-1) Motivation et contraintes pour AMBRE 3 Les instruments de mesure du plasma thermique, tel que AMBRE 2, ont typiquement des limites de mesure à haute énergie entre 25 (e.g., mission THEMIS [21]) et 40 keV (e.g., instruments MPA de Los Alamos en orbite géosynchrone [22]).

Cependant, pour de nombreuses applications scientifiques (étude du courant annulaire, des orages/sous-orages géomagnétiques et de la magnétosphère interne [23] et opérationnelles (dose de radiation intégrée, mesure des populations à l’origine de la charge des satellites, etc.) cette limite est insuffisante à une caractérisation adéquate de l’environnement. Des instruments de mesure à plus haute énergie sont souvent présents à bord des satellites, mais compte tenu des technologies utilisées et de leurs objectifs (radiations) leurs limites basses en énergie sont généralement assez élevées, de telle sorte que la combinaison de ces deux types d’instruments ne permet pas de couvrir toutes les énergies (e.g. ICARE par rapport à AMBRE sur Jason-3).

Ceci résulte en l’absence de mesures dans une partie critique du spectre, typiquement entre environ 30 et 80 keV ou plus, là où se trouve le cœur de la population du courant annulaire dans la magnétosphère interne (cf. Figure 42-b avec un pic du taux de comptage situé au niveau de l’énergie maximum mesurée par les instruments du LANL en orbite géosynchrone). L’absence de mesure dans cette partie du spectre a, de plus, un impact significatif sur la capacité à réaliser les inter-étalonnages entre instruments à bord des satellites, qui sont uniquement correctes si les gammes d’énergies se recouvrent (ou du moins sont relativement proches).

« Cusp-type ESA »

Cette partie décrit une étude de l’analyseur électrostatique de type «Cusp » introduit par S. Kasahara [24], dans le but d’une implémentation dans le cadre de AMBRE : AMBRE 3. VII-2-1. Etude bibliographique L’analyseur de type « Cusp » a pour motivation la conception d’instruments avec des facteurs k élevés [24]. Le principe de ce design consiste à utiliser une quadri-sphère de rayon égal au diamètre de l’instrument, et d’en faire une révolution autour de l’axe de symétrie de l’instrument, comme illustré sur la Figure 161.

Ainsi, par l’utilisation d’une quadri-sphère cet analyseur permet la focalisation en azimut des faisceaux incidents parallèles comme pour le « top hat », mais de par son rayon (𝑅𝑅0, cf. eq II. 1) deux fois plus grand ce design permet de doubler le facteur k.Les paramètres géométriques clés de ce design sont : le rayon de l’instrument qui détermine la taille de l’instrument, la distance entre sphère ∆𝑅𝑅 qui contribue aux valeurs du facteur k, de la résolution en énergie, du facteur de géométrie et de l’angle de découpe 𝛹𝛹 qui joue sur le facteur k, les résolutions en énergie / angulaire, le taux de transmission et sur la focalisation azimutale de l’instrument [24].

On peut noter qu’un prototype de cet analyseur a été réalisé par Kasahara et al. [24], ce qui a permis de faire un instrument pouvant mesurer des ions jusqu’à 180 keV/q (avec 10 kV de HT et un diamètre de l’analyseur de 25 cm). Un premier instrument utilisant ce design est actuellement en vol sur la mission japonaise ARASE (ERG satellite) [25] avec l’instrument MEP (Medium Energy Plasma experiment). Sur ARASE, MEP est un spectromètre de masse équipé d’un analyseur électrostatique de type « cusp » [26].