Étude de l'influence de la propreté électrostatique du satellite sur les mesures du champ électrique basse fréquence de TARANIS

par Oriol Jorba Ferro

Thèse de doctorat en Ingénierie des Plasmas

Sous la direction de Elena Seran et de Sébastien Hess.

Soutenue le 17-12-2018

à Toulouse, ISAE , dans le cadre de École doctorale Génie électrique, électronique et télécommunications (Toulouse) , en partenariat avec Équipe d'accueil doctoral Optronique, laser, imagerie physique, environnement Spatial (Toulouse, Haute-Garonne) (équipe de recherche) et de Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Environnement Spatial (DESP) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Garrigues.

Le jury était composé de Elena Seran, Sébastien Hess, Laurent Garrigues, Richard Marchand, Fabrice Mottez.

Les rapporteurs étaient Richard Marchand, Fabrice Mottez.

mots clés

• Charge électrostatique du satellite
• Méthode df
• Simulation numérique
• SPIS
• Physique des plasmas
• Plasma ionosphérique
• Véhicules spatiaux -- Charge électrostatique
• Plasmas (gaz ionisés)

Résumé

Les satellites en orbite terrestre se déplacent dans le plasma ionosphérique, un mélange de particules chargées, et éventuellement de particules neutres. Des électrons et des ions issus de ce plasma, ainsi que les émissions Ultra-Violets(UV) en provenance du soleil, interagissent avec les surfaces du satellite et modifient sa charge électrostatique. Cette chargement peut induire elle-même des décharges électrostatiques aux conséquences allant de perturbations électromagnétiques (fausses commandes par exemple) à la perte du satellite. En orbites de basse altitude (LEO) l'énergie cinétique et thermique du plasma est généralement faible et donc, les satellites vont rarement présenter des décharges importantes. Néanmoins, les missions scientifiques qui embarquent des instruments très performants et précis peuvent être affectées par cette interaction satellite-plasma-émissions UV. Cette thèse s'intéresse particulièrement à ces phénomènes de charge des structures externes du satellite et à l'impact de ce chargement sur les mesures scientifiques effectuées à bord, i.e. mesures du champ électrique et de la densité du plasma thermique.

mots clés

• Spacecraft charging
• Df method
• Numerical simulation
• SPIS
• Plasma physics
• Ionospheric plasma

Titre traduit

Study of the influence of the electrostatic cleanliness of the satellite on the measures of the low frequency electric field TARANIS

Résumé

Earth-orbiting satellites travel in ionospheric plasma, a mixture of charged particles, and possibly neutral particles. Electrons and ions from this plasma, as well as Ultra-Violet (UV) emissions from the sun, interact with the surfaces of the satellite and modify its electrostatic charge. This loading can itself induce electrostatic discharges to the consequences ranging from electromagnetic disturbances (false commands for example) to the loss of the satellite. In low-Earth orbits (LEO), the kinetic and thermal energy of the plasma is generally low and therefore satellites rarely exhibit large discharges. Nevertheless, scientific missions that carry high-performance and accurate instruments can be affected by this satellite-plasma-UV-emissions interaction. This thesis is particularly interested in these phenomena of charge of the external structures of the satellite and the impact of this load on the scientific measurements carried out on board, i.e. measures of the electric field and the density of the thermal plasma.