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La mission scientifique du programme FR1
Document présenté lors de la Troisième Rencontre de l'IFHE - décembre 2005

Jean-Claude Cerisier
Professeur à l’Université Pierre & Marie Curie, Paris VI

 

 

I - L'expérience FR-1
Les objectifs scientifiques de l’expérience FR-1 étaient l’étude de la propagation des ondes Très Basse Fréquence (TBF) dans l’ionosphère et la magnétosphère, et à travers ces ondes, l’étude de la structure du plasma, en particulier les irrégularités de distribution de sa densité.
On connaissait la théorie de la propagation des ondes électromagnétiques dans les plasmas depuis les travaux de Sir E. Appleton et D. Hartree en 1932 sur la théorie magnéto-ionique, et L. R. Owen Storey avait montré dès 1953, en étudiant les « sifflements », que les ondes TBF se propagent dans la magnétosphère en suivant plus ou moins les lignes du champ magnétique terrestre et peuvent ainsi atteindre les régions conjuguées, c’est à dire de même latitude, mais dans l’hémisphère opposé. Une conséquence majeure de cette dernière observation était la présence de plasma bien au delà des quelques centaines de km d’altitude de l’ionosphère classique.
La proposition de O. Storey d’étudier la propagation d’ondes artificielles dans ces milieux fut retenue en 1961 pour le premier satellite scientifique français. Le principe de l'expérience consistait à émettre depuis le sol des ondes TBF à moyenne latitude (émetteur FUB en France à 16.8 kHz) et basse latitude (NBA au Panama à 24 kHz) et de les observer à bord d'un satellite en orbite circulaire au niveau de l'ionosphère supérieure à 750 km d’altitude.
Les régions d'écoute privilégiées étaient d'une part la zone située au dessus de l'émetteur FUB (Europe occidentale) ainsi que la zone magnétiquement conjuguée (Afrique du Sud) où l'on recevait des ondes descendantes s'étant propagées dans la magnétosphère le long des lignes de champ magnétique terrestre, et d’autre part les zones tropicale et équatoriale dans le secteur américain de longitudes.
L’originalité de l’expérience résidait dans le diagnostic très complet du champ électromagnétique de l’onde. En effet, un système de 3 antennes magnétiques et de deux antennes électriques permettait de déterminer des paramètres aussi essentiels que la direction de propagation de l’onde (la normale d’onde) ou l’impédance d’onde, ces grandeurs dépendant non seulement des caractéristiques locales du milieu au point d’observation, mais aussi de l’ensemble du milieu traversé par l’onde.


Figure 1: Le satellite FR1

A ces senseurs s’ajoutaient une sonde de mesure de la densité électronique locale du plasma fournie par l’Université de Birmingham, ainsi qu’un magnétomètre tri-axial et un senseur solaire permettant de restituer l’attitude du satellite et ainsi de replacer les mesures vectorielles par rapport à un repère géographique ou magnétique.
Le traitement au sol des mesures, effectué conjointement par le CNES et le CNET, consistait à restituer les paramètres de l’onde, amplitude et phase, compte tenu des calibrations effectuées régulièrement lors de chaque séquence de mesures. En outre, le délai de propagation déterminé lors d’émissions en impulsions, ainsi que l’effet Doppler constituaient des mesures complémentaires.

 

 

 

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