Instrument
L’instrument embarqué sur MicroCarb est un spectromètre infrarouge passif, fonctionnant à 4 longueurs d’onde et reposant sur l’utilisation d’un réseau à échelle pour assurer la dispersion spectrale.
Le CNES a confié à Airbus Defense and Space le développement et la qualification de l’instrument ainsi que l’optimiser de son concept.
Assemblage de l'instrument MicroCarb, couplage du spectromètre et du télescope © CNES/Airbus DS/LANCELOT Frédéric, 2022
L’instrument mesure des spectres atmosphériques correspondant à :
- L’oxygène O2 (à 0,76µm et 1,27 µm) permettant de reconstituer la pression de surface et ainsi de corriger la mesure de concentration du CO2 en la normalisant
- Le CO2 dans 2 bandes : une première bande autour de 1,6 µm, une seconde bande autour de 2 µm.
L’entrée du spectromètre est constituée par une fente étroite perpendiculaire à la trace du satellite qui balaie le sol pendant la durée de l’intégration sur le détecteur.
Le réseau échelle assure la dispersion spectrale et des filtres optiques étroits permettent de sélectionner les bandes utiles. Les faisceaux lumineux sont ensuite dirigés vers le détecteur qui est ainsi utilisé dans ses 2 dimensions :
- Une dimension spectrale, correspondant au spectre de chaque bande
- Une dimension spatiale correspondant au champ vu par la fente, pour chacune des bandes
Les différents pixels correspondant à la dimension spatiale (largeur de la fente) peuvent être sommés pour chaque élément de résolution spectrale de façon à améliorer le rapport signal à bruit.
L’instrument intègre un imageur dont la fonction essentielle est de détecter des nuages dont la présence provoquerait des mesures erronées du spectromètre.
| Type | Spectromètre infrarouge passif | |||
| Principe | Dispersion par Réseau échelle | |||
| Longueurs d’onde | 758,3 - 768,8 nm | 1264 - 1282,2 nm | 1596,7 - 1618,9 nm | 2023 - 2051 nm |
| Résolution spectrale | > 25 000 | > 25 000 | > 25 000 | > 25 000 |
| Rapport signal sur bruit | 420 | 450 | 600 | 230 |
| Détecteur | NGP. Matrice HgCdTe 1k x1k | |||
| Imageur | Longueur d’onde: 0.625 µm. Résolution sol : 200 m | |||
| Masse | 80 kg | |||
| Consommation | 60 W | |||
Caractéristiques de l’instrument
Le choix d’une résolution spectrale élevée garantit un instrument robuste, c'est-à-dire moins sensible aux défauts de type distorsion optique, non linéarité de réponse, lumière parasite, etc.
Note : La résolution spectrale est une performance essentielle d’un spectromètre, et est définie par R=
/
avec la longueur d’onde considérée et l’écart minimal entre 2 longueurs d’onde mesurable par le spectromètre.
L’instrument est ainsi constitué :
- Pour la partie optique
- D’un mécanisme permettant de diriger la ligne de visée, soit vers la direction d’intérêt, soit vers des systèmes de calibration internes, soit vers un diffuseur solaire (à des fins de calibration en vol),
- D’un télescope d’entrée commun au spectromètre et à l’imageur,
- D’une fente d’entrée du spectromètre,
- Du réseau à échelle,
- De filtres spectraux,
- Des détecteurs focaux (spectromètre et imageur),
- D’un banc optique ultra stable supportant ces différents éléments,
- Pour la partie électronique
- Des électroniques vidéo associées aux détecteurs infrarouge et visible
- D’une électronique de gestion et d’alimentation
- D’un système de refroidissement cryogénique passif, utilisant un radiateur pointé vers l’espace froid, et protégé par un baffle du rayonnement solaire et terrestre,
- D’une structure, d’éléments de protection et de contrôle thermique, de câblage
Ce concept instrumental, étudié au CNES a fait l’objet d’une maquette qui a permis d’en vérifier le principe et de valider son dimensionnement.
Maquette optique de l'instrument Microcarb
