L’instrument SCM fixé sur le bras déployable et protégé par une couche d’isolation thermique de type MLI
Objectifs scientifiques

La mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) est une mission spatiale de classe L de l’ESA. Elle étudiera de façon détaillée la planète Jupiter et son système dans toutes ses interactions et complexités en mettant l’accent sur Ganymède en tant que corps planétaire et habitat potentiel. Des études d’Europe et de Callisto complèteront la comparaison des lunes galiléennes. Un des objectifs de la mission portera sur l’étude de la magnétosphère jovienne incluant des observations approfondies des processus de couplage dans la magnétosphère, l’ionosphère et la thermosphère. Le décollage est prévu pour 2022 et l’arrivée dans le système de Jupiter en 2029.

Description technique

Au sein du consortium RPWI (Radio and Plasma Wave Instrument), le LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas) est en charge de la conception et de la livraison d’un magnétomètre à induction de haute sensibilité dédié à la mesure des ondes magnétiques et soumis à des contraintes thermiques et radiatives extrêmes. L’ensemble de la conception, de la réalisation et de la validation mécanique a été confié à la DT-INSU.

Le magnétomètre à induction (ou SCM pour Search Coil Magnetometer) permet de couvrir les mesures de champ magnétique du Hz jusqu’à 20 kHz. Le magnétomètre comprend 3 capteurs magnétiques orthogonaux et une électronique qui sont placés sur un bras sortant du satellite de façon à minimiser les nuisances électromagnétiques provenant des autres instruments. Les capteurs doivent fonctionner sur une plage de températures comprises entre -175°C et +80°C. Ces températures de fonctionnement représentent un défi technique. SCM doit également résister à une accélération de 70 g en statique et 2000 g en choc.

Design du magnétomètre SCM avec sa structure porteuse, ses trois capteurs et le câblage

Conception mécanique
La Division Technique a été chargée de la conception, des calculs statiques, dynamiques et thermoélastiques, de la mécanique des capteurs et de la structure porteuse ainsi que le boitier recevant l’électronique, la couverture thermique (MLI), des MGSE et des outils de test. Elle a également défini le routage des câbles.

Mode propre de vibration de SCM

Analyses mécaniques et thermiques
Un modèle éléments finis détaillé a été créé en incluant la structure porteuse et les capteurs magnétiques. On y a appliqué les environnements de vol spécifiés, à savoir les charges statiques, les vibrations aléatoires, les chocs, et les écarts de température.

Prototypage
Après quelques prototypes réalisés en impression 3D, l’usinage de la structure en thermoplastique PEEK sur un centre 4 axes a nécessité 42 repositionnements mais a permis de démontrer la faisabilité de l’usinage. La piste de la fabrication additive a été chiffrée mais écartée pour des raisons de validation délicate.



Prototype de structure usinée

Suivi de réalisation
Suite à la réalisation du prototype en usinage, nous avons fait faire les autres structures au LAB (Bordeaux) qui dispose d’une machine 5 axes et nous avons réalisé les autres pièces en interne.
Nous avons également effectué les contrôles et les assemblages en interne : AIT-AIV des modèles STM (structural thermal model), QFM, PFM et FS.
Au cours de l’année 2016, l’ensemble des pièces mécaniques ont été dessinées et des simulations dynamiques de la structure ont été réalisées. Au cours de l’année 2017, le design du modèle d’ingénierie a été affiné pour être définitivement figé mi 2018. Le design de la MLI a également été affiné et figé en 2018. Un EM a été réalisé en 2018 et le STM et QM en 2019. Des premiers tests thermiques ont été réalisés en utilisant l’EM car fidèle thermiquement.







Assemblage du modèle STM de JUICE-SCM
Instrument SCM sur table vibrante pour les tests de vibrations et de chocs

En 2019, les STM ont été livrés. Suite aux tests vibratoires et chocs d’octobre 2019 concluant à la bonne tenue mécanique de l’assemblage et une bonne cohérence calcul-mesure, les QM, PFM et FS ont aussi été livrés ainsi que la documentation associée.
















Contact DT : Nicolas Geyskens

Contact LPP : Malik Mansour