Chaîne 1200 GHz de JUICE-SWI, dimensions 85x60x32 mm, masse 175 g
Objectifs scientifiques

JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) est une mission spatiale de l’ESA vers les satellites naturels de Jupiter. Il s’agit d’une mission de classe L du programme Cosmic Vision pour la décennie 2015-2025. Le décollage est prévu en 2022 et l’arrivée dans le système de Jupiter en 2029.

Les objectifs scientifiques principaux de l’instrument SWI (Sub-millimetre Wave Instrument) concernent l’atmosphère de Jupiter et plus précisément sa stratosphère, la région qui joint l’atmosphère profonde, largement gouvernée par la source d’énergie interne, à l’atmosphère supérieure, où les effets de l’apport extérieur d’énergie lumineuse et particulaire sont dominants. JUICE-SWI tentera de répondre aux questions suivantes : Comment l’énergie interne générée dans l’intérieur de la planète se propage-t-elle vers l’extérieur pour y être rayonnée ? Quelle est le régime de la circulation atmosphérique en fonction de l’altitude et comment les différentes régions atmosphériques sont-elles couplées entre elles ?

Le premier objectif de SWI sera la mesure directe et simultanée de profils de température et de profils de vents. Le deuxième objectif de SWI concernera la chimie de la stratosphère et son couplage avec les phénomènes de transport.
L’instrument SWI aura aussi des objectifs secondaires qui concernent les satellites galiléens, notamment l’atmosphère d’Io et celle d’Europe. Pour réaliser ces objectifs scientifiques, l’instrument a été initialement proposé sur une base de deux bandes de fréquence autour de 600 et 1200 GHz. La bande de fréquence la plus haute est surtout adaptée à l’étude du méthane (raie à 1256 GHz) et de H2O à 1097 GHz, les autres espèces mineures seront quant à elles observées à 540-640 GHz.

Modèle EM des doubleurs D300X1 et D300X2
Description technique

La Division Technique de l’INSU a été chargée par le LERMA de la conception mécanique, structurelle et thermique de la contribution française des 2 chaînes de fréquence autour de 600 GHz et de 1200 GHz. Dans la demande de soutien, il a été demandé un support en termes de design, de calculs de structure et de calculs thermiques pour les différents récepteurs.

Mécanique (design, réalisation, et tests)
La DT a été chargée de réaliser les dossiers de plans de fabrication des instruments, le suivi de la réalisation et de participer aux tests. Ces activités doivent tenir compte des nombreuses modifications induites par l’évolution constante des interfaces avec les autres parties de l’instrument, en particulier au niveau du Telescope and Receiver Unit (TRU) où les contraintes d’encombrement sont nombreuses et où le choix de la connectique est important.

Mode propre de vibration du bloc 1200 GHz

Analyses mécaniques et thermiques
Des modèles éléments finis de chaque composant des chaînes de fréquence ont été créés afin de leur appliquer numériquement les environnements de vol : charges statiques, vibrations aléatoires, chocs.
Les tests de juillet 2019 sur table vibrante ayant montré un écart entre calculs et mesures, une mise à jour de la modélisation a été rendue nécessaire afin d’investiguer sur les non-conformités révélées lors du démontage, et sur les possibles solutions à y apporter.
Par ailleurs, des simulations thermiques ont été menées, aussi bien à l’échelle des diodes des circuits intégrés conçus par le LERMA qu’à l’échelle d’un boitier.

Chaîne 1200 GHz sur table vibrante pour les tests de vibrations et de chocs

Etat d’avancement
L’année 2020 a vu la livraison du doubleur FM du canal 600 GHz au mois de mai, et la livraison au laboratoire PI du FM du canal 1200 GHz est prévue pour le mois d’octobre 2020. En raison des contraintes planning, les tests des modèles de qualification QM ont été partiellement reportés après la livraison des FM. Ces tests seront également une entrée pour la sélection des modèles de rechange FS des deux canaux, afin de garantir les meilleures performances pour ce modèle susceptible de devenir, peut-être, le modèle de vol.

Il est demandé à la DT :

  • un support post-livraison des différents modèles, traitement des anomalies révélées par les tests,
  • des modifications éventuelles à apporter sur les FS suite à ces résultats effectués sur les modèles de qualification.

Le planning prévisionnel de livraison au laboratoire PI des modèles FM/FS est le suivant :

  • canal 600 GHz (D300X1) : février 2021 pour le FS,
  • canal 1200 GHz (D300X2, D600, SHM1200) : octobre 2021.

La date de lancement est maintenue au mois de mai 2022 avec un lanceur Ariane 5, l’option d’un décalage en 2023 sur Ariane 6 est néanmoins en cours d’analyse.

Contacts DT :
Joseph Spatazza (design, réalisation) :
Christophe Berthod (analyses)

Contact LERMA : Jean-Michel Krieg