Instrumentation for Ionized Space Environments: New High Time Resolution Instrumental Modes of Mutual Impedance Experiments
- Others:
- Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E) ; Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Paris] (CNES)
- Université Côte d'Azur, Observatoire de la Côte d'Azur, Laboratoire Lagrange, Nice, France
- Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
- LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
- Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Description
Mutual impedance experiments are in situ plasma diagnostic techniques for the identification of the plasma density and the electron temperature. Different versions of mutual impedance instruments were included in past and present space missions (e.g., Rosetta, BepiColombo, JUICE and Comet Interceptor). New versions are currently being devised to fit the strong mass, volume and power constraints on nanosatellite platforms for future multi-point space missions. In this study, our goal is to define and validate two new instrumental modes (i.e., chirp and multi-spectral modes) to improve the time resolution of the experiment with respect to typical mutual impedance instrumental modes (i.e., frequency sweep). Higher time resolution measurements are expected to simplify the integration of mutual impedance experiments onboard nanosatellite platforms by facilitating antenna sharing between different experiments. The investigation is performed both (a) numerically, using a 1D-1V electrostatic full kinetic Vlasov-Poisson model and, (b) experimentally, with laboratory tests using a vacuum chamber and a plasma source. From a plasma diagnostic point of view, we find that both the chirp and multi-spectral modes provide measurements identical to the (reference) frequency sweep mode. From an instrumental point of view, multi-spectral measurements are faster than frequency sweep measurements but they require larger amounts of onboard computing resources (i.e., larger power consumption). Chirp measurements, instead, outperform frequency sweep measurements both in terms of measurement duration (20 times faster) and onboard processor usage (20% less).
Additional details
- URL
- https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-03996509
- URN
- urn:oai:HAL:insu-03996509v1
- Origin repository
- UNICA