Modeling and calibration of mutual impedance experiments : Application to ESA's Rosetta mission and preparation of BepiColombo and JUICE
Modélisation et calibration des sondes à impédance mutuelle : Application à la sonde MIP à bord de Rosetta et préparation de BepiColombo et JUICE
Résumé
Mutual impedance probes operates in space plasma to caracterize the electron density and temperature. Based on active in-situ measurements, they were on-boarded spacecraft in the early 1960s to analyze the terrestrial plasmas. In recent years, they have been used in new plasmas such as the cometary plasma of 67P/Churuymov-Gerasimenko (Rosetta mission, 2004-2016) and will operate in the plasma environment of Mercury (BepiColombo mission, launched in 2018) and Jupiter and its moons (JUICE mission, launch planned for 2022).The main goal of this thesis is to develop new methods to model the instrumental response of these probes in order to take into account the plasma conditions encountered by the exploratory space missions. Thanks to this modeling, it was possible to characterize a mix of several electron populations in the cometary environment of 67P from the RPC-MIP dataset. This modeling also enables to understand and identify the effects of the Rosetta spacecraft on the in-situ measurements. Finally, we modelled the instrumental response in the plasma conditions expected for the PWI/AM2P (resp. RPWI/MIME) probe in the Hermean environment (resp. in the Jovian system). The modeling enables to caracterize the plasma parameters on mutual impedance measurements by choosing the most efficient operational mode and helping the future data processing.
Les sondes à impédance mutuelle sont des instruments permettant de déterminer la densité et la température des électrons dans les plasmas spatiaux. Basées sur des mesures actives in-situ, elles ont été embarquées sur des satellites dès le début des années 1960 pour analyser les plasmas terrestres. Elles sont depuis quelques années confrontées à de nouveaux types de plasmas tels que le plasma cométaire de 67P/Churuymov-Gerasimenko (mission Rosetta, 2004-2016) et le seront de nouveaux dans quelques années dans l’environnement plasma de Mercure (mission BepiColombo, lancée en 2018) et de Jupiter et ses lunes (mission JUICE, lancement prévu en 2022).Le but de cette thèse est de développer de nouvelles méthodes de modélisation de la réponse instrumentale de ces sondes afin de tenir compte des nouvelles conditions plasmas rencontrées par ces sondes à impédance mutuelle pour les missions spatiales d’exploration planétaire. Grâce à ces nouvelles modélisations, il a été possible d’accéder à de nouvelles observables telles qu’un mélange de différentes populations électroniques dans l’environnement de la comète 67P sur les données de la sonde RPC-MIP. Cette modélisation a également permis de comprendre et d’identifier les effets du satellite Rosetta sur les mesures in-situ. Enfin, nous avons modélisé les réponses instrumentales dans les conditions plasmas attendues par la sonde PWI/AM2P (resp. RPWI/MIME) dans l’environnement de Mercure (resp. dans l’environnement jovien). Ces travaux permettent d’apporter une aide aux choix des modes d’opération des sondes ainsi qu’au futur traitement des données permettant de déterminer les paramètres plasmas à partir des mesures d’impédance mutuelle.
Origine : Version validée par le jury (STAR)