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Fusée ICI4

Objectifs scientifiques

Le cornet polaire est l’une des régions de l’ionosphère terrestre en interaction directe avec le vent solaire via les injections de particules de la magnétogaine, lors d’épisodes de reconnexion magnétiques plus ou moins sporadiques et localisés. La mission ICI-4 (4ème fusée du programme d’étude des « Ionospheric Cusp Irregularities ») a pour objectif d’étudier l’impact de structures de plasma, les « polar cap patches » sur les phénomènes de scintillation qui affectent la propagation des signaux utilisés par les systèmes de navigation de type GPS. Ces structures se propagent depuis le cornet polaire jusque vers le côté nuit de la magnétosphère à travers la calotte polaire.

Conditions de tir de la fusée

La fusée ICI-4 a été lancée depuis le centre spatial d’Andoya qui se situe à 66° de latitude magnétique, sur une île norvégienne. La trajectoire de la fusée, qui monte à 350 km d’altitude (région F de l’ionosphère), est orientée vers le Nord, en direction des îles du Svalbard. La fusée est tirée lorsqu’Andoya est située du côté nuit de la magnétosphère, entre 18h et 01h en temps magnétique local. On utilise les données du radar EISCAT, situé au Svalbard, pour repérer l’arrivée de « polar cap patches » depuis le cornet polaire.
On veut tirer la fusée lorsque ces « patches » entrent en contact avec les arcs auroraux. Andoya étant située à relativement « basse latitude », il faut que les patches aient traversé la frontière entre lignes de force fermées et ouvertes. En pratique, cela implique qu’un phénomène de type sous-orage magnétique ait eu lieu. Pour cela, il faut que le champ magnétique interplanétaire ait été orienté vers le Sud pendant suffisamment longtemps pour que la magnétosphère, sous l’effet de la reconnexion magnétique, se soit remplie de plasma et soit devenue instable. Il faut typiquement 2 heures pour que ce phénomène se produise. Mais cela peut être plus rapide, selon la densité de particules présentes dans le vent solaire par exemple. Lors des sous-orages magnétiques, l’énergie stockée dans la queue magnétique est ré-injectée dans les régions aurorales sous la forme d’un plasma chauffé à une énergie de plusieurs keV et de bouffées d’énergie électromagnétique. L’accélération des électrons qui créent les aurores se produit dans les régions d’accélération aurorales, entre typiquement 3000 et 10000 km d’altitude, par la conversion de l’énergie électromagnétique en énergie cinétique. Ces phénomènes de conversion d’énergie sont encore mal connus. On voit se développer un sous-orage magnétique en surveillant les perturbations magnétiques enregistrées par un réseau d’observatoires magnétiques répartis à différentes latitudes. La composante horizontale du champ magnétique chute brutalement, avec un délai entre les différents observatoires, la perturbation se propageant des plus basses vers les plus hautes latitudes.
A ce moment, les caméras plein ciel du Svalbard et d’Andoya, si la couverture nuageuse le permet, montrent des émissions aurorales très intenses. Durant tout ce temps, on surveille les scintillations des signaux GPS. Celles-ci dérivent de plus en plus vers le Sud et on tire la fusée lorsque sa trajectoire intercepte un arc auroral, un « patch » et une région de scintillation. La séquence menant au tir de la fusée ICI-4 est donc complexe. Elle peut durer de 3 à 8 heures. Les conditions météorologiques au sol et dans la basse atmosphère sont aussi analysées par le centre spatial au moyen de ballons sonde lâchés à intervalles de temps régulier. Un vent au sol supérieur à 10 m/s ou un vent à haute altitude supérieur à 20 m/s ne permet pas le tir. Le compte à rebours est donc stoppé si les conditions météo ou géophysiques ne sont pas favorables. Pour cette raison, une campagne de tir dure environ 2 semaines au cours desquelles l’équipe scientifique est mobilisée afin de faire le bon choix pour le tir.

Participation du LPP

La participation du LPP à ce programme de recherche permet d’appréhender de façon très concrète des thèmes de recherche liés à la dynamique à grande échelle de la magnétosphère terrestre et à l’accélération aurorale via l’étude en temps réel de données fournies par des moyens d’observation au sol (EISCAT, Magnétomètres, Caméras plein ciel). Le LPP apporte sa compétence en termes de mesures in situ en fournissant des instruments ondes ou particules qui vont caractériser le plasma ionosphérique et les perturbations électromagnétiques associées.
Ce programme permet aussi de tester à faible coût, aussi bien humain que matériel, de nouveaux instruments développés pour des missions spatiales de plus grande envergure. Pour le programme ICI-4, le LPP a conçu un capteur magnétique de type « search-coil » intégrant une électronique d’amplification du signal miniaturisée, un analyseur plasma à haute résolution temporelle, et un gradiomètre magnétique permettant de reconstruire la trajectoire de la fusée. Ce dernier est issu de travaux menés en collaboration avec la compagnie Sysnav. L’antenne magnétique à induction (search coil) est quant à elle le fruit d’un développement mené dans le cadre de la préparation de la mission JUICE de l’agence spatiale européenne. L’embarquement à bord de ICI4 de cet instrument et son électronique de conditionnement intégrée a permis de valider le concept instrumental du futur instrument SCM de la mission JUICE.


Capteur magnétique embarqué à bord de ICI4


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