L'environnement radiatif spatial - Réseau des technologies du vide
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L’espace, un environnement hostile
L’environnement radiatif spatial
Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Françoise BEZERRA
CNES Toulouse
© CNES/Rosetta/MPS for OSIRIS TESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team/MPSUPD/LAM, 2014
Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
L’espace Milieu Hostile
1. Présentation du CNES, enjeux et missions
2. Les différents risques
3. Les rayonnements ionisants
dans l’espace
Les rayons cosmiques
Le soleil
Les ceintures de radiations
2
LE CNES
Agence de programmes et centre d’excellence technique
Créé en 1961, le CNES est un établissement public scientifique et technique à caractère industriel et
commercial, doté d’une autonomie financière.
il propose au gouvernement la politique spatiale française et la met en œuvre au sein de l’Europe.
c’est un architecte système chargé d’innover et de concevoir les nouveaux systèmes spatiaux.
Le CNES a pour mission d’apporter une vision d’ensemble des solutions spatiales grâce à sa compétence
système et à sa capacité d’innovation. Il est :
à l’écoute des utilisateurs et de leurs besoins.
au carrefour des laboratoires scientifiques/technologiques, des entreprises industrielles et de services.
au service des besoins institutionnels et commerciaux en stimulant la recherche et l’innovation scientifique, technologique et
industrielle.
3
LE CNES
et ses partenaires
Ministères de Tutelle
Ministères
de la Transition écologique et solidaire
Ministère de Ministère des
de l’Europe et des Affaires Etrangères
l’Enseignement Armées
supérieur, de la
des Solidarités et de la Santé
Recherche et de de l’Intérieur…
l’Innovation Commissariat général à l’investissement (CGI)
Organismes nationaux de recherche
Partenaires internationaux
(NASA, JAXA, ROSKOSMOS, CNSA, ISRO…)
EUMETSAT
Union Européenne
Agence Spatiale Européenne
Autres utilisateurs de l‘Espace
Industrie
Laboratoires scientifiques
4
LE CNES ET L’EUROPE
Un rôle moteur dans la construction de
l’Europe spatiale
Depuis 1975, l’Agence Spatiale Européenne est chargée par ses Etats membres
de conduire les programmes qui lui sont confiés.
Elle regroupe 22 Etats membres et 2 200 collaborateurs répartis dans six centres.
Elle a pour 1er contributeur la France, représentée par le CNES.
L’Union Européenne, avec le traité de Lisbonne en 2009, possède une compétence
partagée avec ses Etats membres en matière spatiale.
Deux grands programmes, auxquels participe le CNES, sont en cours : Galileo pour
la géolocalisation et Copernicus pour l’étude de l’environnement.
Un programme de recherche spatiale Horizon 2020 (rubrique espace) couvre la
période 2014-2020.
5
LE CNES ET SES PARTENAIRES INTERNATIONAUX
Le CNES, un rayonnement international croissant
Le CNES développe de nombreuses coopérations le mettant au contact des meilleures compétences
mondiales et contribuant à la politique étrangère de la France.
Il participe ainsi à des projets d’envergure :
Dans le cadre de projets développés avec l’ESA et les pays européens : lanceurs, Cosmic Vision, Earth Explorer,
Copernicus …
Avec les acteurs majeurs du spatial : Etats-Unis, Inde, Russie, Japon, Chine…
Au travers de coopérations ciblées avec de nombreux partenaires : Israël, Mexique, Corée,
Emirats arabes unis…
6
LES CENTRES
PARIS Les Halles TOULOUSE
4 centres
d’excellence
GUYANE PARIS Daumesnil
7
LES CENTRES
2434 salariés se répartissent dans 4 centres
PARIS Les Halles (186) PARIS Daumesnil (210) GUYANE (276) TOULOUSE (1762)
Siège Lanceurs Port Spatial de l’Europe Systèmes orbitaux
Regroupe les structures Etude, conception, Ariane 5 Etude, conception,
fonctionnelles développement des Soyouz développement et contrôle
systèmes de lancement Vega des systèmes orbitaux
Ariane, Soyouz, Vega Préparation du futur Numérique, exploitation des
données
Préparation du futur
Préparation du futur
8
BUDGET
Le budget du CNES en 2017 : 2 334 M€
Ressources du CNES en 2017 Affectation du budget du CNES en 2017
Innovation
Contribution à Programmes 198 M€
l'ESA délégués 8%
Ariane et CSG
833 M€ (DGA, ESA,
1 067 M€
Eumetsat …) Projets transverses
46%
682 M€ 140 M€
6%
Défense
250 M€
11%
Télécommunications
114 M€
5%
PIA
91 M€
Sciences
Programme 231 M€
national Observation
10%
728 M€ 334 M€
14%
Le budget que la France consacre aux activités spatiales civiles est le 2ème au monde. Budget annuel par habitant :
Etats-Unis : 50 €
France : 35 €
Allemagne : 20 €
Royaume-Uni : 8 €
9
LA PRÉPARATION DU FUTUR
Prospective : percevoir les futurs possibles, comprendre les enjeux et les
dynamiques, définir et partager une orientation stratégique
Créativité : ouverture sur l’extérieur, interactions informelles,
revisite des concepts
10LA PRÉPARATION DU FUTUR
Démarche innovation :
adapter l’agilité du CNES au rythme du monde
Partenariat agile avec ASL : le CNES au centre du plateau projet Des enjeux :
Prometheus (P3)
Nouveaux concepts : à la croisée des révolutions numérique et
environnementale
Nouvelle façon de créer de la valeur : exploitation des ressources
spatiales, industrialisation de l’orbite
Nouveau réseau d’acteurs : structuration du paysage industriel
européen, start-up, usagers finaux, hybridation au sein d’un écosystème
plus vaste
Nouveau tempo : projets agiles
Etude couplage ballotement/pilotage sur un dispositif drone grand public
(2016)
Un cheminement :
Anticipation : prospective et information économique
Innovation frugale
Bienveillance envers les idées nouvelles
Travail collaboratif
Passage par des prototypes simples et rapides
Lancement du programme du démonstrateur Nanosat Argos
11Observation
LA PRÉPARATION DU FUTUR
Activités de R&T
Télécommunications La stratégie de R&T du CNES obéit à une logique technique : il s’agit d’identifier les
points durs ou ruptures technologiques et de mener des actions ciblées, avec un fort
effet de levier technologique et industriel.
Le programme de R&T couvre toutes les techniques thématiques nécessaires à un
système spatial (lanceurs, observation de la Terre, télécommunications,
localisation/navigation, sciences, sécurité), ainsi que les techniques transverses
(technologies bord/sol, micro technologies, plateformes, propulsion…)
Ce programme est mené en partenariat avec divers organismes de recherche
institutionnels (CNRS, Universités, CEA, ONERA) et l’industrie (maîtres d’œuvre,
équipementiers, PME, SSII). Il peut faire l’objet de coopérations internationales
(NASA, JAXA, DLR…)
Les actions de recherche peuvent être cofinancées avec l’industrie.
Le programme de R&T s’harmonise avec les programmes technologiques de l’ESA
et de l’UE.
Antenne multifaisceaux © CNES/SARRAUTE Dominique
12LA PRÉPARATION DU FUTUR
Démonstrateurs
et composants stratégiques
Les études de phase 0/A et les actions de R&T contribuent à définir les
NanoTMHD bande X validé en orbite (Syrlinks) orientations du futur et à identifier le besoin en démonstrateurs technologiques ou
de recherche.
Ces démonstrateurs sont ensuite mis en priorité en fonction des enjeux pour le
futur, au travers des différents outils de financement et cadres programmatiques
disponibles.
En parallèle, un programme dédié permet de gérer des activités sur les
composants stratégiques.
Démonstrateur moteur LOX/CH4 Composants
Prometheus (ASL)
stratégiques
Coopération internationale
(ESA, UE …) Démonstrateurs
thématiques
Financements projets et/ou
lignes thématiques
Programme multilatéral
Démonstrateurs
transverses
Financements préparation du futur
et investissements
Micro-Camera CASPEX 3D
(En cours – technologie CMOS)
13Le PASO LA PRÉPARATION DU FUTUR
Etudes amont
Les études amont sont menées au
Plateau d’Architecture des Systèmes Orbitaux (PASO)
Le PASO fonctionne selon un plan annuel multi-thématiques issu d’un appel à propositions
À l’écoute et au service des communautés utilisatrices (scientifiques, utilisateurs institutionnels,
Défense, secteur aval, industrie)
Il conduit les études système amont :
Faisabilité de missions spatiales
Spécification de mission
Concept mission/système robuste permettant une maîtrise ultérieure des
performances, risques, coûts et délais
Études de pré-positionnement
Eléments de position mission / technique / programmatique
Plan d’actions d’exploration et d’acquisition de connaissances (concept de mesure,
maturité technologique)
Mise en place d’outils système de dimensionnement ou d’ingénierie de mission
Support aux laboratoires pour répondre aux appels d’offre internationaux
Analyse technique, aide à la décision
Estimation des coûts
Etude de nouveaux services aval ou à intérêt sociétal tirant parti des données
spatiales
14NOS PROGRAMMES
ARIANE
DÉFENSE
5 Domaines
d’intervention
TÉLÉCOMMUNICATIONS
OBSERVATION
SCIENCES
15LES LANCEURS
Garantir l’accès de l’Europe à l’espace
grâce à une gamme de lanceurs adaptés
Inventer les lanceurs de demain
Ariane 5
Soyouz en Guyane
Vega
Ariane 6 et Vega C
Prometheus
Callisto
16LA GAMME ACTUELLE
*GTO : Geostationary Transfer Orbit
*LEO : Low Earth Orbit
*MEO : Medium Earth Orbit
*PEO : Polar Earth Orbit
Ariane 5 ECA Ariane 5 ES SOYOUZ VEGA
10 t GTO 3,45 t MEO / 20 t LEO 3 t GTO 1,5 t PEO
4,9 t SSO / 1,62 t MEO
94 lancements à juin 2017
17 lancements et succès
80 succès d’affilée 9 lancements (06/17)
d’affilée (06/17) Premier vol : 2012
Premier vol ES : 1996
Premier vol : 2011
Premier vol ECA : 2002
© ESA/CNES/ill. D. Ducros © ESA/ill. Jacky Huart
17LA SUITE
Ariane 6
A62 A64
62 m de
hauteur Composition
P120C : boosters chargés de 142 t de propergol
Environ 50 m 1er étage : moteur VULCAIN 2.1
pour Ariane 5
2ème étage : moteur VINCI
Coiffe : cuisson sans autoclave
Performance
A62 A64
GTO
GTO (250km) SSO MEO
(180km)
Exigences ≥ 4,5 t net ≥4.5 t net 1,7 t ≥10.5 t
1er lancement : 2020
Pleine capacité opérationnelle : 2023
Cadence de production prévue : 11 lancements par an (+ ou -1)
18LA SUITE
VEGA-C
35 m de hauteur
Composition
P120C SRM (141 t de propergol)
30 m pour VEGA Z40 SRM (36 t de propergol)
Z9 SRM (hérité de Vega)
Coiffe : AVUM + composants européens
210 tonnes au décollage
Performance
VEGA-C
PEO SSO
Exigences ≥ 2,6 t ≥ 2,0 t
1er lancement : mi-2019
Pleine capacité opérationnelle : 2023
Cadence de production prévue : 3 par an
19ARIANE
Préparer les lanceurs du futur : PROMETHEUS
Pour que l’Europe puisse continuer à disposer, sur le long terme, d’un
Coût de
développement
lanceur compétitif au-delà d’Ariane 6, l’Europe avec Airbus Safran Launchers (ASL),
cible prépare le développement de nouveaux moteurs permettant de réduire à nouveau les
@ 1 M€ LOX- coûts de production et d’augmenter la cadence de lancement.
Poussée methane
100t
Cycle
générateur
PROMETHEUS (Precursor Reusable Oxygen METHane cost Effective Engine),
Technologies de gaz moteur à cycle générateur de gaz de poussée
bas coût 100 T LOX/Méthane, sera une évolution vers des systèmes de lancements européens
très bas coûts.
Jusqu’à 5 Masse
réutilisations 650 kg
L’objectif est d’avoir un lanceur qui coûtera à terme deux fois
moins cher qu’Ariane 6 avec des technologies du XXIe siècle.
Les premiers essais à feu au banc du moteur PROMETHEUS
1er essai : Nombre sont envisagés en 2019.
2019 réduit de
pièces
ISP > 326 s
Les études initiées conjointement par ASL et la Direction des lanceurs du CNES, ont
permis de définir les solutions technologiques à même de répondre aux objectifs très
bas coût de ce moteur. En parallèle, le prototypage de certaines pièces a déjà été
lancé.
Ce projet se poursuit dans un cadre européen suite aux décisions prises lors du
conseil ministériel de l’ESA en décembre 2016
20ARIANE
CALLISTO CALLISTO
Cooperative Objectif :
Action
Leading to Acquérir une connaissance expérimentale de la
Launcher récupération et de la réutilisation
Innovation in
Stage
Toss-back Valider les technologies critiques intégrées au système dans un environnement
Operations représentatif
Lier les performances technologiques à la capacité opérationnelle pour :
Ariane 5
Valider les concepts,
Soyouz Vérifier les hypothèses de modèle de coût,
Identifier les optimisations
Vega
Réduire le risque de défaillance du système de lancement opérationnel
Démonstrateur
Callisto
Les premiers essais sont prévus en 2020 du Centre Spatial Guyanais.
21SCIENCES
Explorer l’espace, pour répondre
aux questions suivantes :
Comment s’est formé et comment fonctionne notre système solaire ?
Quelles sont les lois fondamentales de l’Univers ?
Comment s’est formé l’Univers et quelle est sa structure ?
Quelles sont les conditions de la formation planétaire et de l’émergence de la vie ?
Quels développements pour l’exploration habitée du système solaire ?
Astronomie et Astrophysique
Système solaire
Soleil, héliosphère, magnétosphères
Physique fondamentale
Exobiologie
Science de la Vie et de la Matière en Microgravité
22SCIENCES
Programmes en exploitation
MAVEN ExoMars 2016
Rosetta/Philae CoRoT Herschel & Planck Hayabusa2/
Mascot
MTB Pilot Cardiospace
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
EUSO-ballon
Stereo
Cardiomed
Fireball 2009
Declic Microscope
Gaia
Cardiolab
Fireball 2007 T2L2
Mars Express MSL/Curiosity
Expose
Lisa Pathfinder
23SCIENCES
Programmes en préparation et en développement
PHARAO/
BepiColombo Insight/SEIS ExoMars 2020 SVOM
ACES
Pilot 2 Athena
2028
Mars 2020 LISA
Parker Solar Probe 2032
Supercam
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
Euso-ballon 2
Fireball3 Taranis
JWST Solar Orbiter Euclid Juice Plato
24OBSERVATION
Protéger la Terre en l’observant
depuis l’espace
Les observations spatiales combinées aux observations in situ et aux simulations
numériques, permettent de comprendre, surveiller et prévoir l’état de la planète pour
s’adapter localement et globalement au changement climatique.
Atmosphère/météorologie/climat
Charte Espace et catastrophes majeures
Océan/Hydrologie
Surfaces continentales
Terre/Environnement
Terre solide, géodésie, géomagnétisme
25OBSERVATION
Programmes en exploitation
Calipso Cryosat-2 Hy-2A Iasi2/MetopB Swarm Jason 3
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Iasi1/MetopA Jason 2 Smos Megha-Tropiques Saral-AltiKa Sentinel-2A Sentinel-3A
26OBSERVATION
Programmes en préparation et en développement
Venμs Iasi 3/MetopC Biomass Merlin
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
Sentinel-2B CFOSAT Microcarb Swot IASI-NG1/
Metop SG A
27TÉLÉCOMMUNICATIONS
Télécommunications :
soutenir l’excellence française
Le marché des satellites connait une période très dynamique liée à l’explosion des besoins de connexion à
internet.
Les technologies conçues par le CNES permettent de développer de nouveaux services comme l’internet à
haut débit, la télévision haut définition, la mobilité et la géolocalisation avec Galileo.
Pour continuer à faire la course en tête, le CNES investit dans la propulsion électrique et les charges utiles
optiques.
L’enjeu : diviser par 5 le coût du Gigabit/s.
Télécommunications
Positionnement/Navigation
Collecte de données
Localisation
Recherche et Sauvetage
28TÉLÉCOMMUNICATIONS
Programmes en exploitation Programmes en développement
Lancement ARGOS 3 sur COSPAS-SARSAT
Galileo IOV Galileo ARGOS 4 METOP C FOC
Argos 3 FOC 1&2 sur Oceansat 3
sur Argos 4 sur
SARAL Galileo Galileo Galileo
Hosted Payload
NOAA
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
COSPAS-
SARSAT Argos 4 sur
Sarsat 3 sur IOC METOP EPS
MSG-4(GEO) 1er satellite SG1
tout électrique
1er vol d’une 1er satellite VHTS
E-172B
plateforme THD SAT
Alphasat, 1er satellite basé NEOSAT
sur la plateforme Alphabus
29DÉFENSE
La sécurité des citoyens dépend
aussi de l’espace
Communication
Renseignement d’origine image
Renseignement d’origine électromagnétique
Surveillance de l’espace
30DÉFENSE
Programmes en exploitation Programmes en développement
Hélios 2 B Pléiades 1A CSO Musis 1 SYRACUSE
IV B
SYRACUSE
IV A
Pléiades 1B
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
CSO CSO
Musis 2 Musis 3
Hélios 2 A Elisa Athéna-Fidus CERES
(2004)
31DÉFENSE
Surveillance de l’espace
Analyse des risques de collision en orbite : service opérationnel CAESAR au profit
© CNES/E. Grimault
des satellites contrôlés par le CNES et de clients externes et au profit de l’initiative
européenne.
Suivi des rentrées atmosphériques.
Surveillance optique de l’orbite géostationnaire avec les télescopes
Tarot du CNRS.
Coopération étroite avec les organismes de Défense, en particulier l’Armée de l’Air
et la DGA.
Participation à l’initiative EU-SST sous financement de la Commission
© CNES/DGA
européenne.
Coopération avec les Etats-Unis.
© CNES/SIRPA AIR/A. Jeuland
32DÉVELOPPEMENT DU SECTEUR AVAL
33DÉVELOPPEMENT DU SECTEUR AVAL
Exemple de partenariat
Accord-cadre signé avec la SNCF en juin 2016
Utilisation de l’imagerie spatiale pour caractériser les abords de voies
Utilisation de l’imagerie radar pour surveiller les voies et les ouvrages d’art
Rendre les trains autonomes pour leur positionnement
Télécommunication : pour le système (commande-contrôle) et pour l’accès à
Internet à bord des trains
34LA PRÉPARATION DU FUTUR
Démarche innovation :
adapter l’agilité du CNES au rythme du monde
Partenariat agile avec ASL : le CNES au centre du plateau projet Des enjeux :
Prometheus (P3)
Nouveaux concepts : à la croisée des révolutions numérique et
environnementale
Nouvelle façon de créer de la valeur : exploitation des ressources
spatiales, industrialisation de l’orbite
Nouveau réseau d’acteurs : structuration du paysage industriel
européen, start-up, usagers finaux, hybridation au sein d’un écosystème
plus vaste
Nouveau tempo : projets agiles
Etude couplage ballotement/pilotage sur un dispositif drone grand public
(2016)
Un cheminement :
Anticipation : prospective et information économique
Innovation frugale
Bienveillance envers les idées nouvelles
Travail collaboratif
Passage par des prototypes simples et rapides
Lancement du programme du démonstrateur Nanosat Argos
35Observation
LA PRÉPARATION DU FUTUR
Activités de R&T
Télécommunications La stratégie de R&T du CNES obéit à une logique technique : il s’agit d’identifier les
points durs ou ruptures technologiques et de mener des actions ciblées, avec un fort
effet de levier technologique et industriel.
Le programme de R&T couvre toutes les techniques thématiques nécessaires à un
système spatial (lanceurs, observation de la Terre, télécommunications,
localisation/navigation, sciences, sécurité), ainsi que les techniques transverses
(technologies bord/sol, micro technologies, plateformes, propulsion…)
Ce programme est mené en partenariat avec divers organismes de recherche
institutionnels (CNRS, Universités, CEA, ONERA) et l’industrie (maîtres d’œuvre,
équipementiers, PME, SSII). Il peut faire l’objet de coopérations internationales
(NASA, JAXA, DLR…)
Les actions de recherche peuvent être cofinancées avec l’industrie.
Le programme de R&T s’harmonise avec les programmes technologiques de l’ESA
et de l’UE.
Antenne multifaisceaux © CNES/SARRAUTE Dominique
36LA PRÉPARATION DU FUTUR
Démonstrateurs
et composants stratégiques
Les études de phase 0/A et les actions de R&T contribuent à définir les
NanoTMHD bande X validé en orbite (Syrlinks) orientations du futur et à identifier le besoin en démonstrateurs technologiques ou
de recherche.
Ces démonstrateurs sont ensuite mis en priorité en fonction des enjeux pour le
futur, au travers des différents outils de financement et cadres programmatiques
disponibles.
En parallèle, un programme dédié permet de gérer des activités sur les
composants stratégiques.
Démonstrateur moteur LOX/CH4 Composants
Prometheus (ASL)
stratégiques
Coopération internationale
(ESA, UE …) Démonstrateurs
thématiques
Financements projets et/ou
lignes thématiques
Programme multilatéral
Démonstrateurs
transverses
Financements préparation du futur
et investissements
Micro-Camera CASPEX 3D
(En cours – technologie CMOS)
37Le PASO LA PRÉPARATION DU FUTUR
Etudes amont
Les études amont sont menées au
Plateau d’Architecture des Systèmes Orbitaux (PASO)
Le PASO fonctionne selon un plan annuel multi-thématiques issu d’un appel à propositions
À l’écoute et au service des communautés utilisatrices (scientifiques, utilisateurs institutionnels,
Défense, secteur aval, industrie)
Il conduit les études système amont :
Faisabilité de missions spatiales
Spécification de mission
Concept mission/système robuste permettant une maîtrise ultérieure des
performances, risques, coûts et délais
Études de pré-positionnement
Eléments de position mission / technique / programmatique
Plan d’actions d’exploration et d’acquisition de connaissances (concept de mesure,
maturité technologique)
Mise en place d’outils système de dimensionnement ou d’ingénierie de mission
Support aux laboratoires pour répondre aux appels d’offre internationaux
Analyse technique, aide à la décision
Estimation des coûts
Etude de nouveaux services aval ou à intérêt sociétal tirant parti des données
spatiales
38LA PRÉPARATION DU FUTUR
Doctorants et post-doctorants
Un soutien fort aux jeunes chercheurs par
le cofinancement de plus de 100 allocations de
recherche par an
Contribuer à la préparation de thèses liées au spatial dans
les laboratoires de recherche français
Favoriser l’insertion, dans les organismes de recherche, de jeunes chercheurs
Session posters aux JC2 2016 - © CNES/P.JALBY
impliqués dans les problématiques spatiales
Fortifier les échanges entre jeunes chercheurs, industrie et laboratoires
Renforcer les liens entre les jeunes chercheurs et le CNES : organisation de
journées d’accueil (JC2) et de présentation des travaux
Répartition thématique promotion 2016
39LA PRÉPARATION DU FUTUR
COMmunautés d'ExperTs ou COMmunities of
ExperTs (ex CCT désormais COMET )
Créer des communautés actives centrées sur
l’excellence
Des communautés professionnelles diversifiées et expertes
Différents acteurs : recherche académique, laboratoires, industriels
(maîtres d’œuvre, PME, PMI), organismes d’Etat
Différents métiers fonctionnels et opérationnels : chercheur, ingénieur,
juriste, opérateur, manager, consultant…
Différents secteurs du spatial au non spatial
Des animations
Une dynamique forte Evénements à la pointe des savoir-faire
Près de 20 communautés
33 animateurs et webmasters
Lieux de réflexion et d’échanges productifs et ouverts
229 membres de bureau (60% hors CNES) Brassage entre cultures et métiers différents
1250 adhérents dont 800 CNES
> 60 animations par an Une action collective et transverse
Implication active des membres comme force de proposition
Domaines d’investigation ouverts aux thématiques connexes
Rencontres conviviales favorisant les échanges entre experts
40
Participation gratuiteJournées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
L’espace milieu hostile
Puce 1
Puce 2
o Puce 3
• Puce 4
ISS 420km
A. Eustace 41,4km
© NASA
41Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
L’espace milieu hostile.
Vide
Dégazage => Contamination (optiques, panneaux solaires)
Thermique: Absence de convection
Microgravité
Mouvements: mécanismes, fluides
Cyclage thermique: -170, +150°C
Collision: Micrométéorite, débris
Oxygène atomique:
Oxydation / érosion (200-700km)
Environnement radiatif:
Dégradation des revêtements de surface et/ou optiques (UV)
Charges de surface (ESD),
Rayonnements ionisants: X, g, p+, e-, ions, …
42Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les sources de rayonnements ionisants dans l’espace
Rayons Cosmiques Galactiques
Soleil
Ceintures de
Van Allen
43Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les rayons cosmiques galactiques
Particules très énergétiques
Energie:
Max > 10 GeV/n
Abondance
Max ~ 300MeV/n
Origine: Au-delà de la voie lactée
? Explosions de super Novæ,
? Environnement de trous noirs,
? Effondrement d’étoiles massives
? …
Une des 1600 cuves de l'observatoire Pierre-Auger en Argentine
© Marcel DALAISE/SUBATECH/CNRS Photothèque
44Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les rayons cosmiques galactiques
Particules chargées
Modulation par le champ magnétique solaire Ecrantage par le champ magnétique terrestre
LEO
GEO
MEO
Distance Terre soleil = 150 Millions km = 1 Unité Astronomique (UA) Rayon de la Terre = 6 371 km
Distance soleil héliopause = 100 UA
45Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les rayons cosmiques galactiques
Exemple pour une orbite basse (800km)
Pour une énergie donnée il y a beaucoup plus d’ions lourds sur les pôles.
Visualisation du décalage entre
pole magnétique et géographique.
Axe de du dipôle
magnétique Axe de rotation
ou géographique
N
S
N
S
OMERE
46Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le soleil: Source de rayonnements ionisants
Le vent solaire: émission continue Les éruptions solaires: émission sporadique
© SOHO/LASCO/EIT. NASA. ESA
© SOHO/ESA/NASA
47Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le soleil: Source de rayonnements ionisants
© SDO/NASA
© SDO/NASA https://www.youtube.com/watch?v=8MImmQvqCSg
Surface du soleil
Des milliers de dipôles
Activité solaire
Des lignes de champs
Le tout en mouvement
48Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le Soleil: Les différents signes d’activité.
1 – Les éjections de masse coronale (CME)
o Libération brutale d’énergie
o Nuage de particules chargées (ions et p+)
o Précédé d’une onde de choc
o Tempête magnétique
o Trajet Soleil-Terre: un à quelques jours
© SDO/NASA
© SDO/NASA
49Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le Soleil: Les différents signes d’activité.
Eruptions a protons (SEP)
o Faisceau de protons rapides
o Parfois accompagnés d’ions
o Trajet Soleil-Terre en quelques minutes-heures.
© SDO/NASA © SDO/NASA
50Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le Soleil: Les différents signes d’activité.
Trous coronaux
o « Souffle » continu dans le vent solaire
o Durée variable jusqu’à plusieurs semaines
o Effet de balayage (période 27 jours)
© SOHO/NASA
© SOHO/ESA/NASA
© Sebman81 - wikimedia Filaments qui bordent une tache solaire
Image Swedish 1-m Solar Telescope- La Palma Spain.
© SDO/NASA
51Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le soleil: Source de rayonnements ionisants
solarscience.msfc.nasa.gov
Son activité fluctue
Variation séculaire
Cycle solaire de 11 ans
o Maximum/minimum solaire (+/- d’éruptions)
52Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Le soleil: en résumé
20 ans de mission SOHO couvrent 2 cycles solaires – Cité de l’espace – SOHO/ ESA/NASA © SOHO/ESA/NASA
53Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les ceintures de Van Allen
Particules légères piégées dans les lignes de champ magnétique terrestre.
Protons
Electrons
Anomalie
Sud
Atlantique
(SAA)
54Journées thématiques « Vide en milieu ionisant », GANIL 22-24/11/2017
Les ceintures de Van Allen
Dynamiques:
Déformées sous la pression du vent solaire.
Enrichies ou vidées lors des éruptions solaires
55MERCI POUR VOTRE ATTENTION
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