RP 182-48

CENTRE NATIONAL DE
CENTRE NATIONAL D'ETUDES
.
LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
DES TELECOMMUNICATIONS
CENTRE DE RECHERCHE EN PHYSIQUE DE
L'ENVIRONNEMENT TERRESTRE ET PLANETAIRE
NOTE TECHNIQUE CRPE/ 78
ETUDE EXPERIMENTALE
DES INSTABILITES
ET MOUVEMENTS
DE DERIVE DU PLASMA IONOSPHERIQUE
EN ZONE POLAIRE
par
Jacques
PIGNARD
CRPE/PCE
45045
C. BEGHIN
Septembre 1979
ORLEANS CEDEX
� HIEBLOT
1
PLAN
NOTATIONS
INTRODUCT I ON
EXPERIMENTALE
DE L'EFFET
1) M I SE EN EV I DENCE
DE DER I VE
V I TESSE
DU PLASMA
SUR
L' I MPEDANCE
TRANSFERT
D'UNE
SONDE
QUADRIPOLAIRE
HAUTE
EN CA I SSON
DE S I MULAT I ON
SPAT 1 ALE.
1.1.
1 .2.
Potentiel
créé
charge
isotrope
ponctuelle
animé
en
un point
oscillante
d'une
Dispositif
expérimental
1 .4.
Résultats
et discussion
1.5.
Conclusion
2) DESCR I PT I ON
DE
2.1.
Présentation
2.2.
Description
L'EXPER I ENCE
des
FUSEE
I POCAMP
2.2.2.
Sonde
Isoprobe
de
Equipements
DES
sphère
servitude
DONNEES
Trajectographie
T rajectoi
Attitude
et
re
DE
L'EXPER I ENCE
restitution
de
d'attitude
de
Attitude
la fusée
I a fusée
par
rapport
dans
un
au
vecteur
champ
magnétique
3.1.3.
2
capteurs
double
3.1 .2.
une
l'espace
par
dans
un plasma
de dérive.
générale
Sonde
3. 1 . 1 .
de
vitesse
2.2.1.
3) TRA I TEMENT
3.1 .
FREQUENCE
1 ntroduction
1 .3.
2.3.
D'UNE
DE
repère
géographique
3.2.
3.3.
4)
des
Dépouillement
quasi-statique
3.2.1.
Généralités
3.2.2.
Perturbation
3.2.3.
Approximation
3.2.4.
Résultats
3.3.1 .
Général ités
3.3.2.
Densité
I NTERPRETAT I ON
électrique
signal
du
perturbateur
signal
l'expéri ence
DES
I soprobe
MESURES
d'instabilités
aurorale
4.1.1.
Conditions
4.1.2.
Vitesse
de
dérive
4.1 .3.
Densité
de
courant
4.1.4.
Fluctuations
4.1.5.
Instabilité
Ecart
de
les sondes
champ
électronique
Mise
en évidence
de l'ionosphère
4.2.
du
du
de
Dépoui I I ement
4.1 .
mesures
dans
du
E
le vol
pendant
géophysiques
plasma
horizontale
doubl e
fai sceau
d'auto-oscillation
fréquence
Isoprobe
la couche
entre
CONCLUSION
ANNEXE
1 : Sonde
ANNEXE
2:
de
Changements
d'attitude
ANNEXE
3:
Calcul
ANNEXE
4:
Vitesse
en
Isoprobe
dans
des
auto-oscillation
repères
le repère
des
la
restitution
géographique
de
fréquences
acoustique
permettant
collision
,
ions
BIBLIOGRAPHIE
�
REMERCIEMENTS
LEGENDE
DES
FIGURES
;
III
NOTATIONS
Induction
Vitesse
magnétique
Induction
Champ
des
acoustique
1
ions
électrique
électrique
des
Gyrofréquence
plasma
Fréquence
électrons
électronique
...1
hybride haute
Fréquence
FT =
Densité de courant
Vecteur
+
C Fp2
FB2
t
d'onde
Paramètre
de Mac I I I wai n
m =9,1 .
Masse de l'électron
. 10 31 kg
Masse ionique moyenne pondérée
m. = 30.5 x 1836 x m
1
e
pour les ions NO+ et O2+
I ndice spectral
Densités
électronique
et ionique
Charges
de l'électron
et de l'ion (q = 1 ,6.10 - 19 C)
Rayon de Debye
Températures
rd
=
vue /top
électronique et ionique
Vitesse
de dérive
du plasma '
Vitesses
moyennes
électronique
Vitesse
de dérive
relative
Vitesse
thermique
des électrons
1
entre
et ionique
ions
\
et électrons
IV
6
Tenseur
EQ
Permittivité
longitudinale
Eo
Permittivité
du vide
6
Demi-angle
d'ouverture
I£
Constante
A
Latitude
de permittivité
a
Densité
= 1 ,38.10 23
de collision
"
électrons-Neutres
et ions-Neutres
de conductivité
Potentiel
(P
Angl e de rotation
(p
Vitesse
0"
Accélération
if)
Angle de précession
0/.
Vitesse
tu
Pulsation
électrique
s
de rotation
propre
de la rotation
propre
-
de précession
normal i sées
Grandeurs
-
Fréquence
Vd
Vitesse
normalisée
de dérive
vTe
'L=
J OK
de charge
Tenseur
V=
du cône de précession
invariante
(D
X =
'
de Boltzmann PC
Q v1 Fréquences
ns
diélectrique
r
normalisée
;
Distance
rd
'
?
normalisée
.'
1
v
Pt anche I -
Vue
générale
de
la disposition
des
capteurs
VII
Planche
II -
Sondes
Isoprobe
Cette
et
menés
expérimentaux,
du
prétation
Ces
paramètres
caractéristiques
études
de
couplage
de
fréquences
différents
ont
domaines
en
initialement
a été
et
MEYER
les
de
cavité
et
lating
Probe")
sonde
à impédance
des
ainsi
une
les
deux
mutuelle
électronique,
fréquence
résolution
qui
permet
temporelle
STOREY,
mutuelle
la fréquence
de
électroniques
suivant
(1977)
différent
cherchant
le principe
de
de
du
de
la densité
mode
ce
plasma
suivre
l'ordre
et
Self
et
se
fonctionnements
de
al.,
1975),
caractérise
la sonde
fluctuations
10 3
auto-
Oscil-
par
oscille
liée
ionosphérique
les
s.
au
résonance
mutuelle
3 (BEGHIN
à
a mis
(1972)
("Interferometric
Dans
la
et à identifier
RENARD
ARCAD
de
DEBR I E
CHASSER I AUX,
impédance
Isoprobe
1977).
mesures,
capteurs,
fréquence
techniques,
un des
des
représentative
fréquence
caractéristique
ce
des
utilisant
(PIGNARD,
S I MONEN, 1966 ;
DEBRIE
de
été
dipolâire
la température
mesures,
le satellite
dont
ont
mutuelle
un principe
auto-oscillante
pour
une
sur
temporelle
imaginée
la densité
avec
basé
à la sonde
d'une
et
température
diagnostics
(1970),
la gamme
a abouti
auto-oscillant
DEBR I E
des
caractéristiques
voisinage
et de
DECREAU
ailleurs,
combinant
voisinage
densité
et
dans
à impédance
au
sonde
la densité
à explorer
dipolaire
on
oscillation,
de
fournissant
En
cette
effectués
autour
la
sur
étant
et
la sonde
proposé
de
résolution
sonde
du plasma.
un mode
ont
basée
des
la précision
d'ions
de
d'exciter
à impédance
d'améliorer
gaines
P.M.E.
Par
la
augmenter
une
des
consiste
singularités.
point
le but
est
et
de
électroniques,
fréquences
densité
DERFLER
et
permet
Ces
sonde
l'inter-
différents
température
F)
collision,
etc...).
de
moyen
RENARD
(1972),
qui
de
Dans
par
qui
technique
antennes
sur
des
paramètres
(fréquences
mesure
développée
ces
LHR,
(1969)
pour'la
RENARD
électrons,
(EBF,
L'utilisation
plasma
des
fréquences
l'influence
quadripolaire.
de
d'ensemble
sondages
au
1966).
réduisant
et
et
DERFLER, 1965 ;
HOVEN,
AUBRY
densité
ionique,
(BALMA I N, 1965 ;
VAN
plasma :
de
théoriques
spatiaux
la détermination
les
de
plasmas
du
milieu,
électroniques,composition
réalisés
des
objectif
du
travaux
portant
pour
entre
à mesurer
paramètres
in situ
mutuel
résonance
des
du C . R . P . E . ,
La détermination
etc....
technique
laboratoire
mouvements
électrique,
collisions,
au
le cadre
dans
radio-fréquence
sondage
simulation.
champ
s'inscrit
thèse
de
cette
au
à
-2-
Ce
d'un
plasma
rappellerons
et
auteurs,
animé
d'une
les
résultats
nous
du C.R.P.E.
de
de
leurs
des
une
tirs
a aussi
de
La
de
de
et
mesures
nous
faisceau
double
dans
de
d'interprétation
se
Isoprobe
d'un
la mise
plasma
lors
a été
l'écart
résultats
animé
d'une
vitesse
de
de
l'expérience
au
en
commun
et
le
laboratoire
Les
objectifs
le
scientiet
électrique
en
mettre
évidence
nous
I I I le
1
des
physiques.
instabilité
de
géophysique
aurorale.
en
l'étude
expérience
les
du
plasma
Une
plasma
décrite
principaux
de
type
tentative
entre
d'auto-oscillation
2.
Hz)
chapitre I
traitement
à l'interprétation
dégagerons
2
(0-20
au
présentons
paramètres
dérive,
IPOCAMP
continu
électrique
chapitre
de
nous
I POCAMP
l'expérience
l'ionosphère
fréquence
des
et
d'une
E de
à partir
conclusion,
Est)
menée
et de
consacré
évidence
de
au
aux
I V sera
région
de
confié
d'aboutir
fera
En
obtenus
la
relations
données
puis
en
58°
du champ
et du champ
l'expérience,
a permis
Polar
1975).
al . ,
des
Hz) )
de
par
leurs
électronique
(10-200
avec
électronique,
d'étudier
de
BERTHELIER)
(J.J.
POKHUNKOV).
la densité
lors
("lonospheric
a été
expérierice
(A.A.
fusée
Nord,
en coopération
Moscou
afin
2"
(80,61°
le L.G.E.
RENARD)
de
la densité
polaire
cette
BEGHIN),
Le chapitre
des
zone
réalisation
(C.
sur
embarquée
"IPOCAMP
en
Heyss
(C.
nous
été
franco-soviétique
(BEGH I N
qui
ionosphérique
la théorie.
description
données
nous
de
la mesure
alternatif
que
résultats
Le traitement
et
expérience
les
instabilités
de
différents
à vérifier
fluctuations
(mesure
par
visant
sonde
laboratoire
I , nous
sujet
plasma
Bourges
étaient
d'une
ce
du
d'hydrométéorologie
fiques
résultats
sur
simulation
1977.
L.R.U.
les
le chapitre
de
le C.R.P.E.
par
obtenus
en
l'étude
pour
Dans
dérive.
théoriques
donnerons
à l'île
printemps
de
utilisé
le caisson
de
Campaign")
a été
vitesse
Cette
la campagne
sonde
dans
réalisée
avons
de
type
les
sondes
laboratoire
au
chapitre
résultats
I.
-3-
DE L'EFFET
D'UNE VITESSE
1) M I SE EN EV I DENCE EXPER I MENTALE
DE DER I VE DlJ PLASMA SUR L' I MPEDANCE DE TRANSFERT
D'UNE
SONDE QIJADR I POLA I RE H . F . EN CA I SSON DE SIMULATION
SPATIALE
1.1.
I nt roduct i on
mettre
Pour
la courbe
sur
plasma
c'est-à-dire
des
de
d'une
a été
effectuée
dérive
des
hypothèses
restrictives
exemple).
Le problème
oscillante
dans
une
pour
Le cas
une
d'une
et d'autre
des
maxwellienne
(60
théoriques,
plus
ordinateur,
et
fréquences
en
mouvement
lante.
Nous
allons
les
conditions
les
résultats
terons
des
I POCAMP
Dans
de
dans
2.
des
sur
un
par
second
et
ces
al.
(1979,
Bag"
numériques
sur
étude
au
exploiter
faibles
cas
des
vitesses
de
ou
parallèles
à certains
charge
nous
dans
travaux
les
cas
nous
envi-
allons
forcées
d'un
oscil-
ponctuelle
présenter
paragraphe
Enfin
bags).
distribution
oscillations
une
(1977)
derniers
paragraphe
les
(100
et
de
électrons)
correspond
dérive
expérimentaux
pour
et des
un premier
expérimentales.
sondes
plasma
créées
uniforme,
appliquerons
notre
Ceci
sondes.
ces
limiter
dû
al.
"Multi Water
expérimentateur
thermique
effets
ensuite
Nous
oscillations
à un
donc
(1976).
des
plasma
et
des
MICHEL
le calcul
présenter
fusée
avons
à la vitesse
à l'axe
E.
pas
et
part
une
calculs
longs
des
charge
Bag"
pour
Cependant,
à de
appel
à la fréquence
(inférieures
par
Il).
une
pour
par
d'une
un modèle
par
(1979,
permettent
Nous
anti-parallèles
al.
font
supérieures
dérive
sagés
et
(1976)
MOURGUES
microscopique
approximées
complets,
ne
récemment,
vitesse
imposant
Water
étudié
ou hydrodynamique,
E.
MOURGUES
par
"Multi
description
vitesses
systématiquement.
sitif
une
traité
de
la dérive,
par
un modèle
a été
froid
MOURGUES
bags),
avec
ponctuelle
dans
part
a été
effets
en
de
créées
forcées
dérive
ces
mais
l'axe
réalisé
la polari-
par
et MICHEL
(1973)
dans
d'oscillations
plasma
de
fréquence,
ionosphérique.
créée
théroque
effectué
infinie
a été
du
avons
nous
plasma
hydrodynamique,
(calcul
en
du
dérive
haute
plasma,
V.
de
multipolaire
plasma
FIALA
un modèle
source
description
du
L'étude
par
plane
sonde
simulation
électrons
un plasma
source
de
vitesse
d'une
la fréquence
de
à l'origine
avec
l'effet
d'une
conductrice.
plaque
chaud
un plasma
transfert
le caisson
dans
expériences
sation
de
évidence
le domaine
dans
La vitesse
en
le dispoet discu-
comparerons
théoriques.
résultats
l'interprétation
au
des
fonctionnement
données
de
en
auto-
l'expérience
1)
-4-
Potentiel
créé en un point
oscillante
dans
ponctuelle
vitesse
de dérive
1.2.
Considérons
dans
un plasma
située
densité
de charge
à l'origine
Ici
le point
où
par
D
champ
d'un
§00
est
de départ
oscillante
magnétique)
animé
(à la fréquenceCOo)
d'une
(x,
une distribution
de l'espace
vitesse
z) et dont
y,
de
la
Le champ
de Dirac.
Pour
r
à une distance
situé
calculer
de la source,
de Poisson :
l'équation
électrique
du tenseur
l'intermédiaire
correspondant
de permittivité
E est relié
au champ
É:
diélectrique
au potentiel
électrique
4V en faisant
l'hypothèse
par :
Après
des deux équations
transformée
de Fourier
précédentes
permet
Dans la description
longitudinale e
ponctuelle
de référence
repère
représente
l'induction
représente
une dérive
par une charge
ani mé d'une
i sotrope
est :
en un point
créé
quasi-statique
(sans
isotrope
dérive,
le potentiel
une charge
de l'espace
un pl asma
Vd
le long de l'axe
6f : :
d'obtenir
du modèle
z
dans
,�
la combinaison
l'espace,
le potentiel
hydrodynamique
est donné par
sous
la forme :
et en prenant
la permittivité
E
-5-
Le potentiel
de
Fourier
inverse
dans
On peut
ondes
varient
en
En
dans
passant
en
Nous utilisons
où la vitesse
et
Jo
ici
obtenu
par
transformée
la convention
utilisée
à savoir
+ i k. r� .
i ú)
exp( -
est
k:
l'espace
rappeler
réel
l'espace
coordonnées
les variables
thermique
la fonction
(p
cylindriques,
normalisées
est définie
de Bessel
de lère
s'écrit :
suivantes :
ainsi
espèce.
que
les
-6-
Le calcul
des intégrales
On ne s'intéressera
vitesse
de l'expression (1 )
l'on peut trouver
Considérons
la valeur
de dérive
suivre
l'évolution
de la sonde
K11
et
les notations
K2
en fréquence
I SOPROBE
au cas
à la fréquence
supérieures
est parallèle
qui correspond
dans ce paragraphe
nous intéresser
nous allons
Nous allons
dérive
faibles
1).
devant
la
à ce que
l'ionosphère.
les termes
de transfert
aux fréquences
de (VZ -
de l'équation
de E. MICHEL (1976)
(1)
OC deux cas apparaissent :
de
Pour
de la courbe
dans
normalement
Nous uti I i serons
suivant
V � 1 , cas
des électrons
du signe
de dérive
cas des vitesses
ici qu'au
thermique
dépend
limiter
notre
ou anti-parallèle
du maximum et des minima
en fonction
X�1
de la vitesse
correspondant
plasma.
étude
au seul cas où la vitesse
au vecteur �
(axe des sondes)
de
pour
pouvoirintégrer analytiquement
l'équation(1). Cela revientà faire P= 0
c'est-à-dire
Jo (KJ,'�) = 1...
On aboutit
(1976) où la charge
dans le cas où
ainsi
excitatrice
·
aux équations
est unité
du potentiel
(q = 1).
données
par E. MICHEL
-7-
où CI et
si
sont
respectivement
les
cosinus
et
sinus
intégraux
avec
dans
où
le cas où
et
1 .3.
Nous
les
expérimental
Dispositif
dans
un plasma
de simulation
a été
effectuée
dans
de grande
à vide
été
données
Y.
permet
de compenser
nement
multipolaire
d'une
dont
de dérive.
à l'intérieur
expérience
au C.R.P.E.
une
enceinte
ont
caractéristiques
de bobines
terrestre.
du caisson
Cette
ionosphérique
principales
magnétique
plongée
essentiellement
Un ensemble
(1977).
le champ
les
en évidence
multipolaire
de simulation
comprend
(6 m3)
ARNAL
sonde
vitesse
à plasma
mettre
pour
d'une
expérimental
dimension
par
animé
le caisson
L'ensemble
expérience
de transfert
de la courbe
variations
une
réalisé
avons
de Helmholtz
Une
permet
structure
d'augmenter
deconfil'homogénéité
du plasma.
Notre
(voir
nous
d'un
constituées
polaire
à une
extrêmité
tivement
attirer
avec
caisson
les
Vd
sondes
1 soprobe
mutuelle
du type
sonde
Une
récepteurs.
du plasma.
électronique
est
électrons
une vitesse
à impédance
et de deux
vis-à-vis
de deux
composé
sondes
du plasma
du caisson
pour
est
la température
électrons
des
des
émetteur
de connaître
permet
de dérive
qui sont
2.2.2.)
chapitre
de mesure
système
intensifiée
au moyen
de la source
à plasma
dans
une direction
(LEBRETON
J.P., .1978 ;
quadri-
de Langmuir
La vitesse
d'une
située
plaque,
et polarisée
posi-
à l'axe
parallèle
du
et POTTELETTE,
ILLIANO
1979).
sondes
Les
I SO1
la sonde
côté
récepteurs
sonde
est
est
IS02
parallèle
de transfert
des
1 .4.
Amont
(figure
les
sondes
rapidement
pour
aussi
l'effet
enregistrer
le caisson,
côté
source
montage
Aval,
(Emetteur
appelle
dans
de la dérive
la
On a choisi
1 .1 .).
dans
et
les
positions
sur
l'impédance
sondes.
Résultats
Nous
et discussion
allons
de transfert
dance
l'on
montage
à commuter
en opposition
de dérive
que
ou
anti-parallèle
ou anti-parallèle
parallèle
montées
à la vitesse
disposition
plaque)
de façon
ce dispositif
sont
I SOPROBE
d'une
et expérimentalement
dans
présenter
sonde
(1.5.
ce paragraphe
obtenues
I soprobe
les
courbes
théoriquement
d'impé( .3.
et I .4. )
et 1 .6.).
1 .4.1 . Résultats théoriques
Les
et en phase,
amplitude
cas
parallèle
valeurs
la forme :
courbes
(aval)
de la vitesse
d'impédance
normalisées
et anti-parallèle
de dérive.
de transfert
à leur
val eur
(amont)
L'impédance
d'une
dans
ont été
sonde
le vide,
calculées
de transfert
peut
Isoprobe,
dans
pour
les
en
deux
différentes
se mettre
sous
-9-
en
dans
imposant
et
d1
les
d2 sont
distances
entre
La vitesse
vitesse
un courant
le pasma
émetteur
et
électrons
définie
émis
la vitesse
de
dérive
V = 0,
Pour
courbes
une
de
dans
de
sont
courbes
les
-
par
et
une
��� �
la courbe
fréquence
les
ces
Isoprobe
cm)
1,5
(Ap-1
principales
module
un exemple
calculé
de
pour
obtenue
généralement
de
caractéristiques
fréquenxe
ondes
électrostatiques
de
phase
présente
de
dépend
plus
de
ces
la
élevée
à laa
un maximum
de
longueur
(-
1,2
par
zéro
Debye,
due
.F )
à
excitées.
Z/Z
passe
une
pour
à F.
maintenant
de
I
I/Z
à une
allons
courbes
(
l'amplitude
supérieure
légèrement
sur
sonde
dont
la courbe
Nous
vitesse
(I .2.)
figure
d'une
Les
du
(F )
entre
-
.
présentons
Debye
simulation.
anti-résonance
un battement
v - va
*
3 X Te. I
yT� =
suivantes :
plasma
fréquence
de
longueur
le caisson
nous
transfert
de
d'impédance
valeur
normalisée
le vide ;
à la
par rapport
[
soit
dans
récepteur.
de dérive a été normalisée
des
thermique
à celui
identique
montrer
l'influence
d'un
effet
de
transfert.
1 .4.1 .1 .) Cas parallèle (aval)
L'analyse
en
fonction
les
études
de
la vitesse
de
l'évolution
de
expérimentales.
dérive
D'une
des
fait
part
de.transfert
courbes
ressortir
deux
effets
du
module
le maximum
I .3.)
(figure
importants
(IZ/Z
pour
j)
V )2 , donc toujours inférieure au cas
apparais à une fréquence
Fp.(1 se déplacent vers les hautes
où V = 0. D'autre part les anti-résonances
fréquences.
Sur les courbes
de phase il faut noter
par zéro de la phase évolue vers les fréquences
et
domaine compris entre
V2) .
FP
F P (1 -
que le premier
à F
inférieures
passage
dans le
- 10-
contre
Par
la discontinuité
ne doit pas représenter
de
Fp
domaine
de fréquence,
sont infiniment
une réal ité
pas suffisant
utilisé
hydrodynamique
;
d'onde
°
pour décrire
la contribution
pour évaluer
immédiat
En effet pour ce
physique.
aval où les longueurs
la direction
le modèle
grandes,
n'est
le plasma
dans
au voisinage
qui apparaît
des ondes
excitées.
1 .4.1..2.) Cas anti-parallèle (amont)
Dans cette
vers
plus basses
les fréquences
I .4.).
(figure
Le maximum des courbes
le cas parallèle
F (1 -
fréquence
à
une
plus basses
V 2 2. 1 Le premier
et
(V = 10 )
que possible
(Paval
(la phase
1 .4.2.
par zéro
Résultats
naient
était
Au cours
relié
d'un amplificateur
-
de la sonde
temporelles
calculateur
T 2000 pour différentes
qui représentent
la sonde
du plasma
du plasma
des courbes
dans
nous allons
le caisson
et 26 V), en les comparant
demment
(figures
Sur
déplacement
les courbes
des anti-résonances
les lentes
de polarisation
sur
de la plaque.
1 .5. et 1 .6.)
de transfert
la vitesse
de
'�
�
de dérive
*
théoriques
= 24 V
(Vp
obtenues précé-
sur
des antirésonances.
-
tensions
de plaque
l'étude
on relève
les principales
théoriques :
les fréquences
les fréquences
vers
.
et la phase
ont été enregistrées
expéri mentales
de même pour
?
de 100 kHz
Afin d'éliminer
d'évaluer
les courbes
de la sonde
HP 8407 A, au
(figures
-:
*
fonction-
I soprobe
de l'impédance
en se basant
le caisson
le module
expérimentales
les courbes
pour
du maximum vers
cas aval et amont,
amont =
variable
de réseau
tensions
pour différentes
et I .4.)
décrites
caractéristiques
déplacement
I .3.
des valeurs
L'émetteur
I .7.).
les courbes
essayer
avec
les sondes
(Z).
et la phase
l'amplitude
Isoprobe,
vers
dans
obtenus
fournissant
différentiel,
fluctuations
A partir
faibles
aussi
façon que ^
continument
à un analyseur
de transfert
de l'impédance
y
la même fréquence).
(figure
de fréquence
à 10 MHz, et les récepteurs
travers
pour
expérience
de fréquence
à un générateur
de telle
ici les résultats
de cette
en mode balayage
'
i
apparaît
expérimentaux
Nous présentons
du C.R.P.E.
de dérive
aval et amont tendent
et sont déphasées
passe
par zéro
la
V2)2.
que pour des vitesses
les courbes
en amplitude
identiques
27T -
noter
pour
Fp.(1 -
Fp
I faut
comme dans
et est obtenu
de la phase
passage
entre
comprise
fréquence
se déplace
du module
les fréquences
vers
se déplacent
les anti-résonances
configuration
plus basses
dans
les deux
d'auto-oscillation,
les fréquences
plus élevées
et
dans
- 11 -
le cas
aval .
Mais
il faut
anti-résonances
ce
les
vers
dans
le cas
amont
plus
élevées.
fréquences
un déplacement
Nous
des
allons
expliquer
phénomène.
les
électrons
Au
moyen
rature
sont
attirés
de
de
plus
dans
rature
de
du
où
dans
que
de
la tempé-
la tension
de
plaque.
et
(1972)
et
CHASSER 1 AUX
les
les
de
courbes
de
amont
expérimentales
Cet
vitesse
ces
et de
effets
écart
tempéen
jouent
sens
inverse.
Pour
éliminer
cet
position
de
effet
la
de
de
dérive
à un
la plaque
électrons
de
en
des
ne
pour
dû
un déplacement
la vitesse
de
la température,
sonde,
anti-résonances
sation
calculer
24
de
on
V,
fréquence
électrons
déterminée
sonde
par
le même
une
tension
qui
de
une
polarià
vitesse
de
des
thermique
= 1814°
(T
des
correspond
soit
la vitesse
Langmuir
la
déplacement
= 0,00555,
car
allons
soit
quelque
V = 0,0085,
km/s,
de
Pour
nous
plasma
qu'au
vitesse.
trouve
= 2,44
du
intéresser
AF/F
Vd
est
qui
nous
effet
dérive
K) est
2
=
vTe
sur
la
=
la
plaque,
=
Te
(car
me ,
3K
1905°
287
vitesse
des
thermique
on
K),
V
applique
= 26
est
électrons
V
= 294
km/s
vTe
V=
trouve
on
Quand
km/s.
soit
0,01
= 0,0075,
AF/F
c'est-à-dire
une
vitesse
Ces
dans
le
par
d'autres
résultats
dans
caisson
méthodes
situer
les
bation
apportée
fréquence
au
du
le
par
délibérément
même
corps
écartées
maximum
des
endroit
(plaque
le
des
aval
et
plasma
du
sondes.
amont
n'avons
fait
1.4.
et
1.5.).
la
les
Nous
cet
pas
de
=
pour
perturavons
de
écart
Vp
(figures
mais
polarisée),
nous
d'où
l'autre,
effectuées
1979).
l'expérience
dans
de
mesures
POTTELETTE,
métallique
courbes
d'autres
similaires
de
l'une
km/s.
2,94
avec
et
réalisation
à
égale
conditions
(1 LL 1 ANO
la
sondes
dérive
concordent
des
Dans
donc
de
la
vers
anti-résonances.
effets
le cas
élévation
anti-résonances
sur
des
dépendaient
qu'une
des
on constate
aval
élévation
al.
plasma
la plaque
augmente.
d'anti-résonance
la fréquence
le cas
alors
s'ajoutent,
et
fréquences
Or
élévation
important
augmente
un déplacement
par
élevées.
une
une
ROOY
électronique
plus
amont
les
vitesse
mesure
on
quand
que
traduisait
fréquences
on
de
polarisation
leur
quadripolaire
montré
se
et
plasma
sonde
de
la plaque,
Langmuir
la température
température
aval
vers
du
ont
la tension
augmente
sonde
d'une
(1972)
aussi
est
on
d'une
le cas
al.
les
Quand
électronique
Dans
et
noter
0
la
V
pu
.
Lors
la même
sonde
se
et
autre
180°
amont
en
nement
sortie
signal
qui
nous
étant
situés
les
et
que
les
tournant
;
anti-parallèle
= 0 V
V
pour
phénomènes
les
précédents
avons
tracé
effets
croit
d'auto-oscillation
tension
plaque
vitesse
de
de
dérive
1.5.
V soit
de
4,4
en
l'étude
par
sonde
les
oeuvre
dérive
des
de
partie
des
résultats
Dans
capteurs
dérive
différentes
L'écart
atteindre
= 0,012,
ce
densités
nous
1
uniquement
de
j
fréquence
kHz
'�
:i
à plasma
200
qui
des
expérimentales
étudier
pour
T
entre
le caisson
plasma.
% de
de
conditions
pour
une
pour
à une
correspond
z
vTe).
théorie
d'une
et
simple
à partir
de
dans
du plasma
anti-résonances
de
l'expérience
va
sondes
de
D'autre
les
expliquer
théories
les
plus
nous
limitée
mesures
la
.�
dans
expérimentales,
le caisson
à plasma
en
réponse
on
permettre
les
sondes
vérifie
bien
et théoriques.
I
�
du
�
fréquence
phénomènes
autour
de
fonctionnement
d'inter-
d'essayer
2 concernant
�
l'écart
Isoprobe.
la concordance
entre
néanmoins
faudrait
(MOURGUES
complètes
au
correspond
IPOCAMP
entre
part,
expérimentaux
qui
l'expérience
d'auto-oscillation
fréquence
oeuvre
du
Les
141
1 Isoprobe.
auto-oscillation
résultats
dérive
a permis,
de
la vitesse
La
préter
Ces
2.
HP
spectre
la sonde.
et pour
terrestre
OF/Fp
km/s
(1,5
d'application
C.R.P.E.
d'une
de
d'auto-oscillation
plaque
(I .9.).
I .8.).
Conclusion
domaine
d'évaluer
un analyseur
fréquence
la
d'un
(figure
à la vitesse
régulièrement
30
La mise
son
de
gain
anti-parallèlement
de
connecte
l'intermédiaire
de
magnétique
à la vitesse
dûs
de
I POCAMP
le champ
compensé
automatique
sur
l'on
que
par
le fonction-
étudié
d'auto-oscillation
figure
à l'expérience
correspondent
avons
à l'émetteur
tensions
3 à 5 MHz),
(fez
nous
C'est-à-dire
envoyé
l'écart
différentes
pour
sondes.
est
et
auto-oscillation
expérience
à contrôle
la fréquence
nous
plasma
les
bande
parallèlement
2 sondes
avons
des
d'auto-oscillation
fournit
en
différentielle
large
électrons
pour
dérive,
en
vérifié,
parallèle
et que
la même
de
la réception
de
Le
de
sans
identiques
auto-oscillation
amplificateur
en
positions
Fonctionnement
Au cours
du
et
avons
retrouvent.
1.4.3.
.
les
avec
sont
nous
expérience
avoir
pour
un plasma
dans
aval
courbes
d'une
de
à la dérive,
-12-
et
la fréquence
al.,
1979
plasma.
les
mettre
I et
en
Il)
-
DE
2) DESCR I PT I ON
2.1 .
L'EXPER I ENCE
Présentation
réalisée
des
alternatif
telles
a été
décrit
l'expérience
dans
les
prochains
sonde
pour
Isoprobe
senseur
des
Description
Sonde
Le champ
double-sphère
U.V.
deux
carbone
Il s
à l'axe
m.
deux
KELLEY
moyen
gammes
et
dans
de
différents
capteurs
du
champ
électronique,
électrique,
magnétomètre
les
effets
des
sondes
de
d'un
aux
de
du
et
et
du corps
de
champ
la
les
les
dissymétries
les
différentes
de
la fusée.
donnée
deux
perpendistance
d'entrée
FAHLESON,
incertitudes
que
les
la chute
de
particules
à la présence
l'équation
termes
de
est
sphères
Hz).
différents
par
une
et de
courants
Ces
par
(10-200
telles
dues
bras
de
d'impédance
et
résistance
deux
séparés
Hz)
électrique
les
potentiel � V
de
entre
électrique
recouvertes
différentiel
la photo-émission,
sillage
diamètre
et
z)
(0-20
de
de
sonde
le principe
champ
extrémités
envisagent
l'effet
sur
capteurs
la fusée
potentiel
fréquence
(1970)
contact,
de
à la différence
8 cm
amplificateur
de
MOZER
la gaine,
de
d'une
moyen
BERTHELIER
Les
fixés
au
mesuré
(1967).
rotation
la mesure
de
potentiel
J.J.
par
sont
La différence
au
a été
conductrices
colloidal.
mesurée
dans
Nous
capteurs
électrique
FAHLESON
sphères
diculaires
venant
L'aspect
(1977).
la mesure
la densité
classiques
double sphère
développée
par
dans
servitudes
SENE
ces
du
électrique
solaire.
F.X.
pour
de
le champ
senseur
par
sphère
la mesure
2.2.1 .
3,42
et
,
électronique
des
équipée
axial
KARCZEWSKI,
et
Hz)
paragraphes
double
J.F.
et
BEGHIN
solaire.
2.2.
sont
aussi
de
sonde
décrit
était
C.
la densité
(0-20
et
(figure ! ) .1 .) :
et
continu
Elle
Hz).
de
à mesurer
radial
présentons
2
par
conçue
l'équipe
magnétomètres
que
technique
par
électrique
(10-200
l'expérience
destinés
capteurs
le champ
plasma,
de
utile
BERTHELIER,
comportait
1 POCAMP
FUSEE
générale
La charge
J.J.
13 -
inter-
écarts
du
de
potentiel
énergétiques,
des
sont
(MOZER,
bras
reliés
1968) :
R
-
où
E
est
le champ
d
est
la distance
V1 (ou
de
entre
potentiel
ronnant
est
est
(ou
au
d'entrée
finie
sant
une
de
du
est
de
trique
de
mesuré
et
d'un
Le choix
au
travail
le plasma
envi-
du
des
conclusion
de
permet
10 à 20
du champ
différentiel
de
et
(V
très
en
sphères
al.
De
à la chute
de
potentiel
capteurs,
sauf
aux
dû
la fusée
(cf.
montrent
E.d .
composantes
du
de
rotation
noter
toutefois
de
cette
plus
signal
terme
le plan
permet
du
(1970)
du
élevée
à retirer
facile
de
choisis-
carbone
électrons.
des
les
électrique
induit
électrique
2),
en
voisine
Il faut
%.
1 (ou
minimisées
l'ombre
mesurer
que
2 sphères.
la sphère
été
Le terme
très
1 , tel
ont
est
dans
dans
apparent
des
des
FAHLESON
est
contact
la similitude
est
sphères
la somme
de
sphère
à l'impédance
de'sortie
la fusée.
fait
la
dues
constante
de
petit,
de
champ
le champ
2) et
corrections
incertitudes
gaines.
la fusée
est
la différence
entourant
des
de
potentiel AV
précision
la gaine
l'amplificateur
quasi-statique
une
de
de
dû
est
En
rotation
est
de
potentiel
d'entrée
rotation
l'une
différence
1 (ou
électrons
de
Ces
système.
de
où
de
essentiellement
à la fréquence
la gaine
des
représente
résistances
qui
instants
la sphère
résistance
le terme
quantité
sortie
dénominateur
réduire
dans
la
impédance
les
devant
de
la différence
est
R2)
le terme
la gaine,
dans
de
la fusée.
de
repère
1 et 2.
sphères
potentiel
la surface
le travail
(WF1 - WF2)
R1
les
le
R = 00 .
quand
WF1
entre
de
dans
mesuré
électrique
la chute
V2)
14-
en
élec-
champ
avec
sphères
le champ
convection
la
que
La mise
des
que
3.2.).
chapitre
électrique
magnétosphérique
x B) par
le mouvement
du
est
de
la fusée
dans
terrestre :
magnétique
2.2.2. Sonde 1 soprobe
La densité
à partir
des
en
situées
électrique
axe
mesures
haut
de
écartées
(figure I I .2.).
constituée
des
contacts
est
reliée
la
référence
de
trois
effectuées
la fusée
par
1 m du
La
sonde
potentiel
sondes
deux
corps
de
Isoprobe
capteurs
à un générateur
plasma
disposés
dans
de
est
aux
et
l'engin
est
une
Une
courant
alternatif
de
des
simultanément
EI les
sonde
et considérés
électrodes,
la sonde,
son
suivant
à impédance
(haute
sont
champ
capteurs
alignées
linéairement
le plasma.
le potentiel
obtenue
1 soprobe.
perpendiculairement
de
ponctuels
de
électronique
mutuelle
comme
l'Emetteur,
fréquence)
et
les
2 autres
dont
-
à un
récepteur
Les
électrodes
sont
soit
d'émission
fortes
et que
ouvert
(figure
(figure
I .8.),
le système
C.A.G.
de
système
à celui
certaines
conditions
1) le
d'un
d'un
mesurer
densité
hybride
haute
L'écart
de
et
dérive
montrons
un
auto-oscillation
au
plasma
maximum
du
et
(RENARD
Fp
car
haute
FB
une
c'est
à la densité
plasma
de
mesure
5 %) et
(écarts
(à partir
de
du
calcul
du
sans
entre
en
que
l'on
qui
assimile
la fréquence
magnétique
une
F
la fréquence
de
et
Aulx
été
à 5 %.
Sur
en
sans
la figure
(I I .3.)
et
fréquence
est
l'écart
de
1 %
à la fréquence
intervient
précision
B),
de
q
2
p
nous
l'ordre
précise,
à la fréquence
cyclotronique
auto-oscillation
N - m. Eo ,.,2.
(très
permet
de
1972).
al,
chiffré
maxwellien
balayage
utilisant
transfert
plasma
d'auto-oscillation
dérive :
FT -
en
de
FT a
magnétique,
balayage
à
1970).
de
avec
d'un
inférieur
champ
à
dans
la grandeur
près
rapport
cas
(FT)
(CHASSER
le cas
la fréquence
champ
zéro
par
il est
fréquence)
électronique
maxwellien
phase
par
sans
le calcul
dansle
la fonction
précisément
comparaison
DEBRIE,
La mesure
Barkhausen,
un oscillateur
magnéto-plasma
la courbe
de
de
ainsi
réalise
dans
un plasma
pour
dessous
de
de
(conditions
haute
1977),
exemple
Dans
fréquence.
hybride
de
théoriquement
(PIGNARD,
de
Ce
dB).
un courant
la fréquence
dont
d'un
60
auto-oscillation,
balayage
d'auto-oscillation
la fréquence
de
vitesse
le cas
bande
large
(F )
On
un passage
dans
FT
expérimentalement
nous
et
un maximum
présente
auto-oscillant
(C.A.G. ,
gain
en
mesurée
fonctionnement
caractéristique
électronique).
plasma
soit
par
le courant
que
plasma
fréquence
du
manière
amplificateur
en
réception
la fréquence
de
magnétique,
résonante
la propriété
de
de
mode
près
magnétoplasma,
(la
réception
et d'ampl itude
phase
champ
de
un
par
en
telle
d'entrée.
impédance
et de
de
mode
l'émetteur,
aurait
oscille
système
sans
plasma
le cas
de
son
bouclé
sur
l'on
que
la tension
automatique
impose
identique
annexe
est
à contrôle
MHz)
série
Dans
I .7.).
haute
d'émission
systèmes
impédances
constant,
circuit
35
aux
reliées
de
à très
différentiel
électrostatique
l'intermédiaire
(A.L.B. ,
15-
des
hybride
électrons
d'accéder
5 % toujours
en
- 16 -
2.3.
de
Equipements
servitude
- Magnétomètres :
de
d'attitude
son
attitude
par
Ces
radial.
fabrication
au
de
calibration
la
en
placé
des
restitution
haut
de
I
est
bras.
disposé
devant
période
de
de
rotation
commutateur
sont
de
constitué
par
de
de
un
est
de
la fusée
solaire
Cet
trois
fentes
ces
par
ombres
les
en
"N"
à chaque
impulsions
entre
est
appareil
à éviter
soleil
du
l'autre
façon
trois
temps
et
senseur
d'un
comportant
en
restituer
à Chambon-la-Forêt.
munie
I I délivre
de
de
géographique.
la direction
connaître
axial
la pointe
et orienté
L'écart
la fusée.
est
du C.R.P.E.
un écran
transistor.
afin
Gate"
sur
repère
la fusée
magnétomètres
différentes
à l'axe
rapport
l'engin.
-
ce
la pointe
un photo
permet
impulsions
dans
deux
l'un
étalonnés
la fusée
d'attitude
de
"Flux
type
magnétique
solaire :
muni
magnétique,
été
ont
- Senseur
pour
champ
magnétomètres
la station
dans
du
soviétique
rapport
est
l'engin
qui
procure
répartis
les
Télémesure :
à 54 plots,
tournant
un échantillonnage
sur
13 voies
de
à la vitesse
de
télémesure
sont
à transmettre
signaux
2700
de
points
dont
50 tours
par
envoyés
par
seconde.
1 sous-commutée.
à un
seconde,
Ces
points
- 17 -
DES
3) TRAI TEMENT
3.1.
de
dans
Heyss
de
- coordonnées
latitude
L~
13,5
A ,.",
74°
de
de
retournement
pression
géogr. ;
du
à l'île
les
71
suivantes :
Nord
géom.
Est
géom.
par
le
invariante
rampe
de
géographique
sur
fournie
km
de
retournement
se
des
Ceci
km).
engins
Service
et
s)
une
la fusée
marquant
est
nous
sa
32
km.
rentrée
un changement
donne
au
l'altitude
de
calcul
prévoit
qui
de
de
lors
conforme
semblables
d'Hydrométéoroportée
par
transverse,
magnétomètre
73
= 200
(T
l'atmosphère,
( -
la fusée
de
sont
155°
géogr. ;
à 168,8
de
denses
dynamique
de
la
un
retournement
non
perturbée
km.
70
vers
Nord
radar
l'instant
le signal
sur
phase
3 H 59 mn (T.U.)
30'
l'apogée
de
couches
les
départ
trajectographie
La connaissance
dans
de
198° /Nord
84°
donne
d'URSS
point
la
gisement :
logie
du
latitude
- pointage
site :
tir
Est
le
effectué
(URSS).
du
58°
a été
197)
ou
(T.L.)
initiales
61
80,
longitude
La
la fusée
de
12 (X -
Joseph
François
conditions
MR
type
locale
heure
l'archipel
Les
d'attitude
restitution
du
la fusée
à 6 H 59 mn
1977
L'EXPER I ENCE
Trajectoire de la fusée
Le tir
17 mars
et
Trajectographie
3.1 .1 .
DE
DONNEES
3.1 .2. Attitude par rapport au vecteur champ magnétique
Le
ouverture
(après
a été
restitué
et
moment
au
du champ
d'inertie
mouvement
bras
des
dans
un
de
par
l'engin
3.1.2.1.)
figure
du
repère
(III .1.).
( a,
B)
grâce
au
de
champ
la fusée
d'une
normal
développée
et *P
fusée
Nous
(x,
ferons
y,
sur
les
z) par
par
terrestre
seule
à l'axe
composante
longitudinal
BERGERON
(1968).
fusée
angles
d'Euler
rapport
au
le mouvement
I POCAMP
magnétique
à la mesure
un axe
suivant
méthode
lié
balistique
Hypothèses sur ie mouvement de
Soient y , 0
position
retournement),
l'engin,
une
phase
avant
terrestre
magnétique
de
et
repère
cinétique
en
d'attitude,
les
qui
repère
définissent
la
�7 , B (X,Y,Z)
hypothèses
sui vantes :
2
- 18 -
�
= vitesse
de
e
= demi
angle
9
= accélération
00
= vitesse
avec
et
9O
Nous
morceaux
sion
sur
(-� 60
des
celle
l'on
de
intervalles
du
hypothèse
un
precession
propre
initiales
derniers
des
l'ordre
angles.
constants
paramètres
de
temps
de
autour
= 15,038
par
la période
de
préces-
B
ont
à symétrie
rotation
rd/s
axiale,
de
puisque
grandeur :
tr/s
tr/s2
3.10'� rd/s� = - 4,8.10'�
0,102
générale
propre.
ordre
pour
= 2,4
pl us
= 0,016
tr/s
Bx
le champ magnétique terrestre
classique
n
et
z (où
des
n=
trois
6
rotations y ,
Z xz)
conduit
et 9
à la matrice
respecti-'
de
passage
ainsi :
Soient
B,
la
un peu
Expression analytique d'une composante transverse
Z,
définie
0 (P )
rd/s
est
solide
sur
9'
produit
de
d'un
= 0,127 rd== 7,3°
pour
Le
le mouvement
0
3.1 .2.2.)
.
sur
paramètres
principaux
=
et
de
précession
d'accélération
terme
(P**= -
engin
cône
rotation
valeurs
à la Poinsot
mouvement
Les
(�,
la
du
s).
introduit
vement
de
les
ces
propre
d'ouverture
de
étant
suppserons
Cette
que
to
rotation
Bx ,
et
B
et
les
Bz
By
ses composantes
composantes
dans
le
de
repère
B
dans
( u,
le
B) on
repère
a:
M
-19-
Par
obtient
On
ainsi
repère
Cela
pour
fusée
par
suivre
au
mieux
.3.
La
restitution
(Sud,
Nous
avons
permettant
de
Zénith)
Est,
vecteurs
l'autre
l'on
que
dans
le
le mouve-
régissant
mesurées
repère
de
à bord
de
la
géographique
de
l'attitude
pour
la fusée
passer
il est
nécessaire
dans
les
la fusée
dans
des
l'interprétation
de
permettent
saires
au
un
mesures
du
Dépouillement
d
= 3,42
m
Dans
la somme
champ
terrestre :
induit
des
ces
programmes
de
vecteurs
est
déjà
magnétique,
à chaque
tour
de
théoriques
ces
deux
deux
calcul
vecteurs
dans
Heyss.
différents
de
changements
en
d'attitude
mesures
néces-
repères
Il. .
annexe
du champ
défini
est
la distance
un
mesuré
électrique
est
du champ
par
de
coordonnées
déterminée
de
champ
géographique
le champ
composantes
dessus
les
est
au
la trans-
électrique
quasi-statique
Généralités
Le champ
2.2.1 .)
Des
de
c'est
qui
lié
repère
les
L'un
de
paramètres
repère
connaître
x,
soleil
au
au
repère
repères.
les
restitution
3.2.1 .
(chapitre
du
les
engin
de
deux
indiquons
3.2.
ce
solaire.
géographique
cette
repère
de
déterminer
pour
déterminé
transverse
le senseur
par
repère
du
passer
la position
représente
Nous
est
BZ
restitué
I I I .2.).
précédemment
le magnétomètre
par
où
un
nécessaire
Pour
différents
connu
un
B
(figure
complète
est
magnétique(ee -9) .
nous
paramètres
= 0.
By
et
BV
B
x
connaître
de
dans
de
a
électrique.
formation
de
de
le valeurs
radial
on
,B )
fonction
différents
Attitude
géographique
champ
les
en
donc
permet
le magnétomètre
3.1
repère
nous
(a
repère
B
de
et d'ajuster
engin
ment
du
l'expression
calculer.
peut
construction
de
repère
la façon
géographique
de
électrique
le mouvement
de
sonde
double
des
sphères.
sphère
suivante :
les
entre
une
par
centres
le champ
convection
la fusée
dans
électrique
mesuré
magnétosphérique
le champ
magnétique
et d'un
-20-
où
V
est
la vitesse
B
est
le vecteur
fournie
les
par
spécialistes
Les
(Sud,
terrestre
de
électrique
et
convection
à partir
calculée
soviétiques,
est
sont
de
l'angle
On
repère
ainsi
de
le champ
magnétosphérique
la trajectoire
;
à partir
magnétique
composante
est
de
un
repère
géographique
1 I .3.) :
(figure 1
la trajectoire/Sud
connaître
le champ
électrique
de
électrique
instantané
parallèle
Econvection
on obtient
ainsi
en rotation
convection
les
généralement
deux
hypothèses
de rotation
suivantes
pour
la fusée
par
double
information
une
à l'axe
perpendiculaire
mesuré
à la sonde
de
le plan
dans
suivantes
dans
dans
géographique :
Le champ
fusée
les
la direction
peut
la vitesse
de
composantes
Zénith)
Est,
où (p
de
est
à la Terre
rapport
magnétique
le champ
l'engin
par
modèle.
d'un
un
de
la fusée
induction
est
Econvection
La vitesse
de
est
Comme
sphère.
sur
le champ
de la fusée.
le calcul
la
la
électrique
On utilise
des
l
composantes
convection
- le champ
électrique
- le champ électrique
la composante
suivant
Cette
valeur
l'axe
dernière
de la conductivité
la trajectoire
peut être
et la vitesse
calculé
statique
�E
ne varie
pas
pendant
.
,
de la fusée
de rotation
une période
est
à partir
:
est perpendiculaire
de la fusée
hypothèse
ionosphérique
de la fusée,
de l'amplitude
pour que
E(//
est raisonnable
parallèle
à B : on
B) = 0.
,
du fait de la grande
à B. Connaissant
le champ électrique
et de la phase
calcule
l'attitude,
de convection
du signal
modulé à
�
;
- 21 -
la vitesse
de
cours
au
pas
remplies
une
modulation
de
rotation
du
Nous
y revenir
allons
de
erratiques
une
les
deux
même
-
le
-
le déphasage
rapport
Cette
ont
la sonde
ferait
apparaître
KELLEY
dans
à lisser
on
n'étaient
obtient
et
l'ombre
ainsi
que
les
données
ainsi
al .
cours
au
perturbée
perturbation
fréquence,
conditions
de
(1975).
du
la fusée.
les
points
brutes
deux
,
par
paramètres :
(RA)
(PH 1)
et
la sinusoide
horizontales
Ces signes
la fusée ,
a été
amenés
d'amplitude
brutes
composantes
de
sphères
nous
de
de
électrique
loin.
plus
unité
données
les
des
ces
résultant
électrique
précession
champ
télémesure,
sinusoide
entre
du
d'une
le passage
par
de
Si
tr/s).
('�'2,4
le champ
vol
à la vitesse
La mesure
vol
la fusée
étant
du
choisis
unité.
nous
de
permet
telles
électrique
champ
pour
Ceci
calculer
que :
ajuster
au mieux
les données
du vol,
le signal
champ électrique
brutes.
3.2.2.
du signal
Perturbation
A différents
instants
au cours
se déforme :
- sur
la voie 0-20 Hz le signal
- sur
la voie
devient
pratiquement
triangulaire.
et l'autre
apparaissent
négative)
On a défini
l'angle
rotation
entre
aux mêmes
à chaque
un angle
le champ magnétique
de la fusée
indiquent
Hz deux fortes
10-200
(figure
les instants
angles
©.
I I I .4.).
où le signal
impulsions
(une positive
tour de la fusée.
® lié à la précession
comme étant
B et le plan perpendiculaire
Sur cette
est perturbé.
figure
à l'axe
les zones
Ces instants
de
marquées
correspondent
( ///////)
- 22 -
Nous
des
de
sphères
la sonde
c'est-à-dire
inverse,
la plus
l'allure
montrer
allons
dans
cet
que
effet
connaissant
le signal
du
à l'entrée.
probable
signal
dû
la fusée,
de
l'ombre
est
en
et
sortie
au
l'une
le problème
traiter
du
de
passage
déterminer
filtre,
3.2.2.1 .) Vérification de cette hypothèse
sera
le même
film
de
télémesure
le temps
du
senseur
solaire
et
les
impulsions
sur
sphères
pour
l'ombre
de
sphère
la fusée
l'ombre
EL2
de
144 ms = T 2
film de télémesure
(positive
mis
temps
à partir
d'une
rotation
de
la fusée
Ces écarts
impulsions
les
La vitesse
solaire.
dans
avec
alternatif
électrique
senseur
sur
centrale
l'impulsion
dans
On compare
63 ms
après
(figure 1 11 .5.).
ou négative).
étant
= T
du
position
1
l'impulsion
correspondent
les
par
de
avant
soleil
15,1
rd/s
l'impulsion
séparant
la voie
leur
dans
l'axe
champ
passage
du
la sphère
EL1 1
;
solaire,la
solaire.
,
bien à ce que nous voyons
Il nous reste
à vérifier
le sens
sur
le
de ces
-23-
3.2.2.2.)
Les
plasma.
Elles
potentiel
vont
se
les
arrachent
énergie
potentiel
des
ce
de
la
la sphère
plus
dans
vus sur
entre
l'ombre
a
les
soleil,
leur
cédant
rendre
effet
pour
à une
moins
de
rendre
émission
transmis
2
photons
une
grande
le
négatif
le potentiel
plus
faible
de
la sphère
Ceci vérifie
2
1
1
est dans
bien les écarts
de la différence
résulte
et la sphère
le cas où la sphère
et lorsque
:
est dans
l'ombre
en temps
l'ombre,
l'impulsion
et le sens
l'impulsion
est
des impulsions
le film de télémesure.
Approximation
3.2.3.1
(0-20
de fréquence
aux instants
perturbateur
continu
perturbés
(0-20
Hz)
que le signal
champ
électrique
Hz) est la superposition :
- du
.
du signal
.) Champ électrique
On suppose
fonction
en
de
conséquence
champ électrique
la sphère
3.2.3.
continu
à un
h"
Donc dans
négative.
le
par
sphères
correspondant
négatif,
Le signal
est positive
c'est-à-dire
plasma.
des
photo-él ectrons .
de potentiel
flottant,
le
dans
sphère.
Le passage
de
a pour
qui
baignent
éclairées
à la surface
él ectrons
cinétique,
sont
impulsions
électrique
potentiel
potentiel
sphères
des
champ
au
au
rapport
Quand
capteur
polariser
par
négatif
du
sphères
sens
du
Explication
normal
c'est-à-dire
V,(t) ,
Edc
fixe (fréquence
de rotation de la fusée
F)
signal
des changements
de direction
de
E.
une sinusoide
et déphasée
en
-24-
- d'un signal
un signal
dans
impulsionnel
l'ombre),
dû au soleil
de fréquence
impulsion
négative
que l'on approxime
V2(t) ,
fixe
(Fr),
(sphère
impulsion
E L2
dans
positive
de E �
1
due au soleil
On peut donner
en calculant
une estimation
de
à
V2(t)
représenté
de l'impulsion
de la sphère
la fonction
V i (t)
fixe.
dans
l'ombre
T.=15,4ms.
dont nous avons
1
E�1
de direction
déphasage
rapport
de la durée
le temps de passage
(sphère
l'ombre).
un changement
par
par
de transfert
ci-après
soit
-25-
Nous
du
filtre,
où
(a)
et pour
est
la vitesse
allons
cela
le passage
étudier
les
développer
angulaire
de
signaux
rotation
de
ces
en
signaux
série
de
au
travers
Fourier :
-26-
Pour
vérifier
signal
reçu
spectrale
du
méthode
exposée
du
E dc
signal
fait
au
à un
modèle
système
(0 -
4.1 .4.3.
instant
on
l'analyse
suivant
Hz)
en
le soleil
par
a fait
20
Le spectre
perturbé
de
et d'amplitude
rotation
fréquence
(par exemple
la
(figure
1 1 1 .6.)
T = 310
s)
est
à
égale
la fusée.
aux
composantes
harmoniques
de
impairs
confirment
caractéristiques
On
.
obtenir
un
peut
ainsi
signal
de
sortie
du
filtre
de
tous
un nouveau
données
la validité
de
cette
fréquence
l'approximation
les
de
E dans
le
nous
Aux
le signal
repère
des
du
l'approximation
vrai
électrique
en
Les
3.2.1 .)
du
Ey
signal
avons
avons
pour
signal
tenu
introduit
qu'il
ait
n'y
montrent :
(1 1 1 .8.)
figures
et
nous
nous
perturbés
(défini
E
mieux
(V1 , V2' T, ({J)
données
réelles
déphasages
final.
composantes
au
montrons
instants
RA
z
paramètres
rapprochant
le champ
d'amplitude
dans
différents
différents
pour
facteurs.
rapport
brutes,
se
déterminer
ces
discontinuités
sortie
I I I .7. ,
EpC
Pour
les
ajuster
la figure
Sur
perturbées.
santes
la fréquence
perturbateur.
signal
compte
de
dont
décroissante.
Ces
pour
sinusoidale
composante
- des
de
ce
ce
apparaître :
la fréquence
en
de
à travers
chapitre
- une
du
la validité
lissé
et
les
pas
les
compo-
géographique.
'
3J.? ^3^2 . )_ C hamp_él ect r ique_a I ternat j_f_(_1_0� 200^ Hz)
LacourbeN6
en
Ces
sortie
de
impulsions
télémesure.
aux
harmoniques
la batterie
sur
de
la figure
bien
correspondent
L'analyse
impairs
de
de
filtres
Fourier
de
(III
la voie
au
de
la fréquence
signal
ce
signal
de
montre
.7.)
champ
vu
sur
fait
rotation.
le signal
alternatif
électrique
la voie
aussi
approximé
Eac
apparaître
du
film
des
E ac'
j
de
'
pics
- 27 -
3.2.4.
Résultats
Nous
continu
(0-20
dans
Hz)
avons
nous
que
direction
Sud-Est
3.3.
en
Nous
les
prenant
un
et
amplitude
en
sommes
par
passe
électrique
précautions
précédents.
champ
(I 1 I .9.).
de
Dépouillement
Les
en
ce
champ
en
sont
direction
présence
d'un
champ
de
mV/m,
de
maximum
127
géographique.
sondes
montées
I soprobe
auto-oscillant
mode
Isoprobe
l'expérience
Généralités
3. 3.1 .
naient
en
paragraphes
de
puisqu'il
du
composantes
géographique
les
variations
intense,
les
repère
dans
la figure
sur
électrique
un
indiqué
Les
indiquées
calculé
avons
sur
La fréquence
uniquement.
de
la sonde
I SO
et
la différence
des
sondes
I SO1
et
I S02
entre
étaient
les
d'auto-oscillation
d'auto-oscillation
fréquences
en
transmises
fonction-
fusée
l'expérience
sous
télémesure
deux
formes :
- 8 bits
de
64
kHz
à 16,4
0,5
kHz
à 64
Les
pas
et
I S02
10 3
s,
variations
sur
d'amplitude
ne
les
bits
intéresserons
nous
informations
en
plasma-engin.
nous
dont
- fréquence
d'auto-oscillation
- différence
de
pendant
0,1
variant
fréquences
faibles
poids
qu'aux
rendent
évidence
compte
un
s
n'étant
variations
les
la
bits
des
de
en
ISO1
permanence.
les
entre
des
précise
un tour
du
est
temporelle
manière
sillage
sortes :
deux
sondes
secondes.
résolution
pendant
effet
la sonde
de
d'auto-oscillation
toutes
d'une
sont
disposons
de
fréquence
dont
mesures,
d'auto-oscillation
fréquence
mettre
à des
correspondants
forts.
Ces
de
variant
fréquences
kHz.
nous
Les
I SO1
faible
poids
interprétables,
poids
aux
correspondants
MHz.
- 8 bits
de
fort
poids
corps
de
variations
la fusée.
de
de
la fusée
Cela
dû
l'ordre
de
la
permet
à la dérive
de
_28_
effet
Cet
d'auto-oscillation
nous
en
avons
dehors
opposées
que
nous
complique
est
qui
mesuré
du
sillage
de
non perturbées
la traînée
par
une
le sillage.
aux
même
et à un demi
le schéma
de fréquence
la différence
le sillage.
fréquence
pour
sur
représenté
Cet écart
valeurs
de
c'est-à-dire
à la direction
avons
par
perturbée
la différence
de
l'étude
de
Pour
nous
instants
position
tour
fréquence
où
des
en
l'on
est
sondes
d'intervalle,
suivant :
( 5 F) correspond
affranchir
donc à des
ce
-29-
3.3.2.
Densité électronique
La densité
de
la sonde
I SO1 .
oscillait
Isoprobe
(écart �
haute
nous
5 %).
considérer
allons
la fréquence
du
(on
voir
Le profil
avec
parallèle
sur
une
au
Pour
la densité
la fréquence
ici
qu'il
de
la densité
n'y
de
proche
déterminer
pendant
(2.2.2.)
chapitre
fréquence
haute
suppose
vu
à partir
calculée
des
instants
a pas
d'effet
�
la sonde
que
la fréquence
hybride
du
électronique
d'auto-oscillation
les
données
est
où
la
sonde
dû
à la dérive
plasma
égale
est
en
du
à
dehors
plasma,
2 .2.2.).
chapitre
montré
une
que
hybride
sillage
avons
Nous
sur
est
électronique
les
précision
figures
de
à la direction
(I I I .10
l'ordre
des
et
de
sondes
à la montée
Cette
1 1 1 .11).
5 %,
(axe
plus
z).
et à la descente
mesure
l'incertitude
de
due
est
densité
est
à la vitesse
faite
-30-
DES MESURES
4) I NTERPRETAT I ON
4.1 .
l'ionosphère
horizontaux
courants
ce
dans
étudier
(et
de
fluctuations
de
tels
du plasma
l'ionosphère,
une
de
jusqu'à
( ^-
au
de
et
possible)
de
système
aussi
C'est
baie
la présence
ce
de
négative
nous
que
allons
et
fait
la
I V. 1 .)
magnétique,
passe
magnétique
6 H 10 T.L.
et diminue
Z est
légèrement
croissante
des
pulsations
de
apparaître
E.
région
(fig.
champ
La baie
in vers
200
de
perturbée
croissante
H du
I V.2.).
La composante
tir
du
dans
aurorale
la composante
l'ordre
période
d'i.nstabilités
D (figure
de
une
pendant
ionosphérique
8 H T.L.
moment
effectué
la présence
absorption
Vitesse
4.1.2.
de
La connaissance
de
la vitesse
150
km)
champ
de
nous
du
dérive
Cette
qui
c'est
du plasma,
de
l'ordre
4 mn.
de
et
dérive
électrique.
a été
la fusée
maximum
lentement
40 F)
champ
la composante
sur
intensité
une
par
et de
présumant
avec
et positive
si
la connaissance
implique
Conditions géophysiques pendant le vol
d'une
coïncidé
verticaux
E de
la couche
chapitre.
Le tir
L'apparition
de
vitesse
que
densité
4.1 .1 .
de
instabilité
d'une
La détermination
paramètres
dans
d'instabilités
évidence
aurorale
Mise en
la zone
auroral e
avons
indiqué
GURNETT
correspondent
vers
et de
électrique
du
(J.P.
les
du
champ
définie
est
l'Est-Nord-Est
de
En
1972).
HEPPNER,
du
convection
(2400
importante
Ces
sont
du plasma
dérive
permet
de
calculer
m/s
vers
par :
géographique.
de
vitesse
nous
électrique
I V.3.)
(figure
lignes
plasma
ionosphérique
plasma
vitesse
et dirigée
dérive
effet
caractéristiques
sur
la figure
d'après
plasma
de
directions
( I V . 4. )
CAUFFMAN
(1972) :
- direction
vers
- direction
antisolaire
bien
le soleil
à la direction
dans
dans
de
la zone
aurorale
la calotte
polaire
la vitesse
de
convection
mesurée.
- 31 -
Fig :
4
IV,
de l'ovale
Représentation
des
auroral,
de
convection
du plasmas
lignes
(CAUFT'�1NN
et
et direction
GU3NEIT,
1972)
de la vitesse
de convection
mesurée
(Vd).
de
Un moyen
de
dérive
sonde
du
a été
locale
minimum
de
vitesse
de
et
avons
nous
Isoprobe.
de
-
la vitesse
horizontale
la figure
indiqué
être
plasma
( . ) la
est
dérive
du
d
mesures
de
la
la position
déterminée
par
(équivalent
à un minimum
Vd
la fusée
nous
avons
obtenue
direction
la vitesse
de
2 vitesses :
plasma
de
(IV.S.)
des
à la composition
due
de
la direction
à partir
peut
la traînée
de
du
de
d'auto-oscillation
la vitesse
dérive
possible
sillage
-
Sur
. --
du
la fréquence
La direction
densité).
ailleurs
par
La direction
ISO1.
directe
vérification
par
du
VF
tracé
sonde
sillage
de
la direction
double
s obtenue
sphère
par
la
( )
sonde
de
-32-
entre
La comparaison
montre
quand
un
excellent
.. . Cette
correction
le champ
électrique
sondes
connaître
les
C'est
ce
espèce
(c'est-à-dire
simplement
que
d'ions
des
deux
expériences
nous
de
qu'il
chargés).
n'
de
5°
vers
s
200
et
elle
croît
courant horizontale
fluctuations
de
long
variation
de
y a pas
ces
leur
d'ions
de
densité
en
conductivités
en
supposant
densité
négatifs
est
mises
il est
la trajectoire,
ici
établir
et que
positifs
de
les
le
allons
l'ordre
de
diminue.
analyser
Isoprobe
lois
est
Densité
Pour
les
résultats
accord,
4.1 .3.
par
les
qu'il
égale
et que
en
évidence
nécessaire
de
fonction
n'y
à celle
les
ions
de
a qu'une
des
l'altitude.
seule
électrons
positifs
sont
- 33-
La densité
de courant
macroscopique
J dans un milieu
est donnée par la relation
où
N
e
qe
et
et
N. sont les densités
1
des électrons
et des ions
et
q.
sont les charges
des électrons
et des ions
V et
V leur
Compte
neutre
vitesse
moyenne
tenu de l'hypothèse
que le plasma
est macroscopiquement
on peut écrire
et
sont données
Ve
Vi
(1965) dans un repère lié au champ magnétique B qui est
de l'anisotropie
du milieu
Les différentes
par FEJER
responsable
expressions
pour
.
- 34-
où
E
est
ù),
et
le champ
(x�i sont
de
électrique
les
convection
sont
le calcul
de
les
ces
fréquences
Par
substitution
Dans
la relation
caractérisée
dans
entre
de
ionique
C
q = 1,6 . 10- 19
collision
est
collision
on obtient
le cas plus général
la densité
et
de courant
e-N
et
i-N
donné
en
annexe
la densité
de
III .
courant :
où
E a une composante
J
et le champ électrique
suivant
9' y
E est
par un tenseur :
l'hypothèse
perturbations
de
fréquences
magnétosphérique
électronique
gyrofréquences
,
où
V� et V¿
,
des courants
des fonctions
faibles,
correspondants
de distribution
des vitesses
à de faibles
des particules
chargées.
est le tenseur
de conductivité
-35-
conductivité
0- ,
de force de B .
parallèle,
�7- , conductivité Pedersen,
la composante de E .1 B .
O*
à r
conductivité
détermine
le courant
permet le calcul du courant
Hall, détermine
le courant
aux lignes
parallèle
parallèle
perpendiculaire
à
à la fois
et à B
le long des lignes
On peut signaler que la conductivité 0'Q
La conductivité
de champ est essentiellement
d'origine électronique.
transverse
(ou Pedersen) Op est elle aussi d'origine électronique au
dessous
de 100 km d'altitude
est en majeure partie
par
ont été
l'expérience
au dessus
de cette altitude,
elle
due aux ions.
Les profils
l'altitude
environ ;
des conductivités
calculés
à partir
du profil
Isoprobe
(chapitre
3.3.2.).
(figure
I V.6.)
de densité
en fonction
électronique
de
obtenu
-36-
Connaissant
calculer
peut
la densité
I e I ong
de
départ
imposant
à la densité
I
électrique
courant
horizontale
de
trajectoire
IV.7.
(figures
le champ
à
//
et
et
les
dans
IV.8.).
à
B
de
champ
on
conductivités,
(JJJ
//
électrique
courant
de
le champ
l'ionosphère
de
L'hypothèse
nul
nous
interdit
de
remonter
B.
4.1.4. Fluctuations
4.1 .4.1
.)
L'étude
du champ
de
apparaître
Fluctuations
fluctuations
à basse
apparaissent
alternatif
altitude
long
variations
dans
l'amplitude
impulsions
dues
au
87
de
- à la descente
au
(10-200
(0-20
ne
Hz)
fait
pas
de
de
fortes
de
Hz)
�
fluctuations
I V.9.)
(figure
- à la montée
Tout
continu
électrique
.;
importantes.
le signal
Sur
électrique
à 118
118
km
à 98
-
km
la trajectoire
du champ
le signal
fait
entre
électrique
des
apparaître
les
deux
fortes
soleil.
4.1 .4.2.) Fluctuations de densité
sont
Elles
IS01 .
la sonde
au
passage,
ne
nous
sation.
nous
ce
Sur
à chaque
intéresser
les
de
I I I .11 .) A
nous
rotation,
de
de
la montée
la sonde
de
la figure
- de 1 15 à 143 km,
varient
autour
fait
parfois
dans
variations
grandes
le si I I age
dues
aux
de
de
la fusée
pour
?�
d'ioni-
irrégularités
d'auto-oscillation
(^�
traçées
apparaître
sur
les
trois
(1 1 .10
figures
AF-)
zones
importantes
intermédiaire
et
différentes :
de l'ordre
de 10 %
où les
de 5 %.
supérieures
�
dues
,
fi
une zone
- de 143 km à l'apogée
apparaissent
les
la fréquence
- de 90 à 115 km fluctuations
fluctuations
d'auto-oscillation
signal
densité :
ont été
fluctuations
du
éliminons
variations
petites
la variation
fluctuations
Les
à partir
signal
qu'aux
Le mesure
donne
calculées
(168,8
à 20 %.
km) de très
fortes
fluctuations
- 37 -
Nous
fluctuations
Les
annexe
fluctuations
au
correspondant
IV),
être
peuvent
En
effet,
dans
produites
vite
plus
pour
dans
les
la fusée
une
part
les
vitesse
la fusée
le
supersonique
conclure
toire
d'autres
de
145
propres
se
milieu.
dans
le sillage
est
supersonique.
fluctuations
pas
Donc
pendant
sont
le milieu.
al . ,
le
peuvent
densité
dans
et
propager
D'autre
ne
de
apparaissent
raison
perturbations,
du
(PRAKASH
jour
.
propager
la
peuvent
présentes
d'ionisation
irrégularités
et
entre 90
les
effectivement
expériences
les
que
la fusée
de
se
précisément
ionique
générées
de
peuvent
le sillage
acoustique
la trajectoire
d'ionisation
dans
dans
1979).
fluctuations
C'est
ses
le milieu
PRAKASH,
la fusée
détecter
produites
la vitesse
de
de
km,
dans
les
elle-même.
ioniques
quand
irrégularités
comme
densité
et
subsonique,
de
capable
acoustiques
dépasser
aux
la fusée
145
produites
(GUPTA
sillage
à la vitesse
égale
ondes
régime
est
de
du
l'apogée,
(altitude �
perturbations
régime
région
que
fluctuations
avec
la
l'espace
laquelle
en
est
les
de
près
la fusée
elle-même
la fusée
la fusée
quand
densité
car
de
aux
dues
sur
km).
observées
de
subsonique
4.2.5.
100
(-
importantes
régime
le mouvement
par
altitude
à basse
apparaissant
le paragraphe
dans
reviendrons
Ici,
on
1972),
de
long
dues
peut
la trajec-
km.
4.1 .4.3.) Analyse spectrale des fluctuations
On
sonde
IS01
avons
effectué
Jenkins
et
dont
nous
0,28
rotation
s,
une
de
pour
de
ne
le principe
points
pas
la fusée.
des
du
introduire
de
signal,
dans
le
de
ce
signal
exposé
par
calcul.
ce
d'auto-oscillation
fluctuations
sur
a été
le programme
140
la fréquence
Fourier
analyse de
dont
Watts,
de
le spectre
étudier
pour
utilisons
échantillon
le signal
utilise
n-.
qui
Le
les
densité.
est
à une
variations
la
Nous
la méthode
PARROT
spectre
correspond
spectre
par
de
M.
de
(1976)
calculé
durée
dues
sur
de
à la
et
un
-38-
qui
introduit
d'erreur
sur
le spectre
L'indice
spectral
des
fluctuations
de
du
l'amplitude
spectre
=
A(f)
n
où
Cet
est
l'indice
indice
.
En
est
j
à partir
déterminé
de
dépend
la fréquence
r
de
fn
spectral.
à la pente
du
dans
spectre
un
ï
l'indice
4
de -
les
voisine
de
résultats
d'autres
spectral
variant
indice
de
km pour
100
une
par
spectre
on
droite,
�
A(1)
.
n
a une
du
100
et
vol
km).
valeur
entre
Cette
de
dans
et -4)
où
équatorial
l'électrojet
et
une
ils
la
est
d'indice
PRAKASH
(-3
dans
al.
région
cohérente
trouvent
(1971)
d'altitude
gamme
observent
la présence
E
z
j
le
*
�
'
observations
Les
électrique
et de
à avancer
l'hypothèse
Buneman
différents
et
en
densité
�
d'une
al.,
présence
1976).
en
d'une
instabilité
zone
aurorale
nos
de
fluctuations
vitesse
double
D'ANGELO,
et comparer
arguments
des
simultanées
instability",
effectuées
expériences
OLESEN
� ;
(V.10.)
(figure
et -4)
(-2
valeur
expériences.
autour
varie
qui
4.1.5. Instabilité double faisceau
les
�
"�
d'instabilités.
Farley
z
A(2)
20
=
la durée
(autour
+
A(2). X
spectral
pendant
l'ionosphère
du
z
C1
spectral :
n
L'indice
+
log(f)
la pente
Y-
soit
n.
= 20.
approximant
ainsi
détermine
un
lui-même.
qui
C.
correspond
A(dB)
avec
;�
Parzen
logarithmique :
diagramme
de
de
suivante :
la façon
autour
la fenêtre
utilise
le moins
variations
des
on
le spectre
lisser
Pour
de
dérive
faisceau
1977).
résultats
(KELLEY
("two
allons
Nous
avec
et
ceux
MOZER,
champ
nous
amènent
stream
'�
;
;ï
développer
�
d'autres
�
1973 ;
''
-39-
La théorie
un
pour
avec
entre
et
électrons
(BUNEMAN,
dans
une
km
autour
de
100
champ
magnétique.
des
montré
que
V=
sous
si
la vitesse
C
instable
et
la
Sur
cette
une
dépasse
crée
des
ondes
Les
l'expérience.
vitesse
de
de
résultats
tracé
ces
entre
de
leur
les
Ces
auteurs
et
le
grande
ont
électrons
la vitesse
IV),
mouvement
électrons
que
ions
acoustique
devient
plasma
d'onde.
longueur
différentes
variations
énoncés
l'expérience
au
dans
\B12 .
B)
de
avons
terrestre
alors
Annexe
Z (voir
relative
limités
l'ordre
électrostatiques
nous
(IV.11.)
sont
(1
dérive
perpendiculaire
x B)/
relative
Ti)/mi 1
vitesse
neutres,
'U"� =4E
+
= 1f,(T
figure
particules
de
magnétique
l'ionosphère
ions
développée
vitesse
champ
électrique
les
dérive
telle
de
champ
région
les
de
une
au
d'altitude
à la vitesse
dériver
il existe
Une
a,b).
d'un
avec
de
J1/q.Ne
ionique
1963
gamme
Dans
où
a été
faisceau
perpendiculaire
l'action
collisions
libres
ions
petite
double
collisions
FARLEY,
1963 ;
intervient
sont
l'instabilité
magnéto-plasma
relative
à cause
de
pendant
montrent
précédemment
que :
fusée
de
variait
est
très
le
champ
à
20
vitesse
de
dérive
du
-
la
vitesse
de
dérive
relative
la
que
était
(1973)
(1
de
la
par
la
m/s.
et
des
électrons
ions
dans
la
,
relative
E
région
de
avec
couplée
e/cm3)
(N e � 10 5
l'instabilité
de
qualifient
2400
ions
acoustique
dérive
fait
à
400
entre
B)
km).
de
du
varie
plasma
vitesse
100
dans
instable
MOZER
la
vitesse
mesurée
E
et
( -··
grande
plasma
région
KELLEY
à
fois)
considérée
Cette
du
2
(-
mesuré
mV/m.
la
d'altitude
densité
120
B
à
perpendiculaire
-
supérieure
gamme
électrique
double
"high
forte
implique
faisceau
Hall
frequency
la
que
current
instability".
Dans
et
MOZER
champ
à
la
des
(1973),
Ils
descente).
haute
accord
avec
voisine
la
mais
6,2
de
et
fluctuations
l'ordre
6,5
kHz
7
au
dans
et
dessus
la
et
leur
kHz
LEE
de
légèrement
87
dans
de
dans
importantes
entre
trouvent
théorie
comme
expérience,
alternatif
électrique
coupure
entre
notre
région
celle
km
à
la
une
expérience
al.
le
E
ce
signal
(1971)
de
sur
montée
qui
la
fréquence
et
aux
et
est
une
hybride
signal
98
km
de
fréquence
prévoit
altitudes
le
(118
qui
KELLEY
par
apparaissent
118
dans
décrite
en
parfait
coupure
basse
considérées.
qui
est
-40-
Dans notre
il ne nous est pas possible
expérience
de la sonde
du fait de la bande passante
coupure
Dans cette
gamme d'altitude
cette
Hz).
de densité
85 et 113 km. Ces observations
sont une preuve
de densité
de fluctuations
(10-200
des fluctuations
entre
%) apparaissent
importantes - 10
de déterminer
de la présence
d'ondes
électro-
statiques.
En plus de l'apparition
et de densité
aux mêmes altitudes,
radar
pour des données
des données
fusée
cette
où les ions sont immobiles
entre
dérer
électrons
ordre
Le traitement
noter
I faut cependant
le signal
valeurs
une valeur
moyenne.
de l'altitude
pendant
la montée
tracé
(figure
la détermination
maxwellien
vitesse
de dérive
pas exactement
égale
sont au premier
Ll F t)
(,ANe).
entre
a étédétailléau
d' i nstabi I ités,
la mesure
les
chapitre
(3.3.1 .).
qui amène du bruit
des fréquences.
sur
Les
vont donc représenter
d'auto-oscillation
Nous avons
instability".
Mais on peut consi-
d'auto-oscillation
va perturber
de fréquence
(
de densité
de ces données
d'auto-oscillation,
de l'écart
d'une
n'est
ses variations
que OLESEN
pour
de plasma
pas compte
d'auto-oscillation
que Ia présence
de 5,5 %
Farley
utilisée
et ions et d'un champ électrique.
Différence
de fréquence
sondes Isoprobe
4.2.
frequency
un modèle
et qui ne tient
FT ,
aux variations
proportionnelles
"high
utilise
haute
hybride
de l'ordre
ici que la théorie
que même si la fréquence
à la fréquence
expérimentaux
de 5 à 15 % ainsi
instabilité
d'auto-oscillation
de densité
KELLEY et MOZER (1973) pour
des fluctuations
trouvent
On peut remarquer
relative
des fluctuations
en zone aurorale,
(1976) qui appellent
de la fréquence
avec des résultats
(1960) trouve
BOOKER
précédents.
de champ électrique
des fluctuations
l'amplitude
( ~ 10 %) est consistante
observées
et al.
de fluctuations
le profil
de cet écart
I V. 12.).
L'analyse
en fonction
de ces
résultats
nous amène à deux remarques :
- l'écart
de fréquence
- ailleurs
la sonde
à la fréquence
d'auto-oscillation
à la descente.
Cet écart
varie
s'annule
IS02
oscille
de la sonde
au voisinage
de la culmination.
à une fréquence
IS01
et cela
supérieure
à la montée
de 0 à 1,5 MHz le long de la trajectoire.
comme
-41 -
Les deux sondes
directions
étaient
étaient
émetteur-récepteurs
la fusée,
c'est-à-dire
dans
parallèle
au champ magnétique
semblables.
électroniquement
opposées
les conditions
par
et la sonde
IS02
à l'axe
rapport
du vol la sonde
Leurs
de
ISO1 était
à B
anti-parallèle
(figure I1.2.).
Pour
des résultats
procher
Les conditions
de dérive
entre
les sondes
rentes
densités
à l'axe
des sondes
de plasma,
précédemment
et expérimentales
tension
plaque
vitesse
thermique
de ces
réserve.
difficile
Cet écart
croît
régulièrement
Malheureusement
la transposition
résultats
en plasma
obtenus
le modèle
de la présence
de chiffrer
de
pour atteindre
de bas en haut (car
l'écart
de grandeur
le repère
de la vitesse
des électrons,
en télémesure
d'un tel courant
d'électrons
amenant
terrestre.
entre
amenant
lors
les erreurs
dirigé
animés
vitesse
d'une
est
de
dirigée
nous allons
de fréquence
de l'expérience
appliquer
et la
en caisson.
de l'ordre
de 6,5 % de la
= 17 km/s (pour
= 1500° K).
Vd
Te
d'étalonnage
deux hypothèses
par
vers
donner
Pour
de la voie
pour
l'existence
d'électrons :
naturelle,
ne tient
un écart
d'un courant
les écarts
une vitesse
on peut envisager
- soit une cause
avec
Même s'il
un tel écart,
c'est-à-dire
à priori
faite
le plasma
F est négatif).
obtenus
correspondante
En éliminant
lié à l'engin
simple
ionosphé-
doit être
pour décrire
de dérive
de fréquence à
de 1 MHz on trouve
thermique
une
de 1 MHz, on peut tout de même
de l'ordre
de proportionnalité
un écart
Pour
à 1,5 % de la
égale
de laboratoire
la vitesse
un déplacement
envoyée
de la tension
au cas du plasma
du champ magnétique
c'est-à-dire
de dérive
de dérive
utilisé
théorique
le bas,
vitesse
champ
pour diffé-
des antirésonances.
une vitesse
dans
Pour
est donné,
en fonction
la présence
vitesse
(sans
d'auto-oscillation
(I .9.)
déduire
un facteur
F anti//)
le déplacement
d'auto-oscillation
un ordre
à une vitesse
isotrope
de fréquence
(1 .4.).
des électrons.
actuellement
fréquence
au chapitre
correspondaient
la figure
de 30 V on trouve
En effet
pas compte
décrite
les rap-
= 30 V. La vitesse de dérive du plasma a été chiffrée
comme
Vp
sur les courbes
de transfert
1 .4.) en comparant
(chapitre
200 kHz pour
théoriques
l'écart
sur
(Vp).
nous allons
et à un plasma
(Z�F = F // -
I soprobe
de la plaque
polarisation
en laboratoire
en laboratoire
Dans ces conditions
magnétique).
rique
de l'expérience
expérimentales
parallèle
ces données
d'interpréter
essayer
l'existence
de courants
AF
-42-
terrestre.
le long du champ magnétique
- soit un effet dû au déplacement
alignés
dans
fusée
le plasma
de force
modèles
entre
de l'existence
d'ionosphère
La mise en évidence
sur satellite
qui trouvent,
en faisant
une densité
a été faite
horizontaux
les courants
on trouve
une densité
(pour
une densité
la vitesse
mesure
qui est de l'ordre
pouvoir
déterminer
tique
inférieures
densités
naturelles
de la fusée
Cet écart
décroît
vitesse
verticale
l'autre
par différents
qui sont encore
fondie
qui sort
s'annule,
par
égale
A/m 2
des ions
sur
,
la
nous interdit
suivant
alignées
de
le champ magné-
aux plus fortes
correspond
l'écart
qu'à
à partir
de mesures
verticale
résultats
de la vitesse
pas avec
mal compris
à s'annuler.
verticale
l'inversion
du vecteur
à la descente.
naturelle
font partie
expérimentateurs
a tendance
de fréquence
il ne s'inverse
où la vitesse
la culmination,
que probablement
l'un dû au module de la vitesse
du cadre
de 5.10 4
la vitesse
déterminées
on peut noter
part
de la fusée
Ces
et se boucle
altitude.
Cependant,
à une dérive
au
participe
4,5 km/s)
en même temps que le module
coexister :
l'ionosphère,
Mais l'incertitude
valeur
Ceci nous amène à conclure
peuvent
de mesures
rentrant dans
de l'ordre
de courant
parallèle
verticale
(1964)
du flux électronique
de 250 kHz (soit -
Cette
D'autre
le vol.
de courant
à 10 4 A/m2.
à plus haute
pendant
une vitesse
des électrons).
des densités
de courant
magnétiques
d'un courant
et en considérant
de 2.105 e/cm3
devant
négligeable
les
de 110 km.
autour
Si donc on considère
à 17 km/s,
dans
et ZMUDA (1970)
�(.(A/m2. Ce courant
et ionosphère,
magnétosphère
reliant
les
à partir
existence
par ARMSTRONG
l'hypothèse
suivant
(1913) et BOSTROM
de quelques
de courant
de courants
système
de leur
alignés
a été introduite
par BIRKELAND
polaire
magnétiques
de courants
terrestre
du champ magnétique
autres.
de la
métallique
ionosphérique.
L'hypothèse
lignes
du corps
verticale
de l'engin,
du plasma.
des phénomènes
(BERTHELIER,
et qui demanderaient
de ce travail.
deux effets
observés
communication
une étude
sur fusée
privée)
plus appro-
- 43-
CONCLUSION :
de cette
Au cours
théorie
d'une
lors
du plasma
dérive
paramètres
tels
augmente
la vitesse
puis d'un effet de vitesse
sont assez
tiques
mations
sur
fusée
la seconde
du vol),
mesure
,
d'une
cette
que d'autres
quand on
varient
dans
notre
instabilité
d'une
la région
du
E polaire,
dont les caractérisle manque
cas par
des sondes
en fréquence
qui a malheureusement
de l'expérience
sur
de l'expérience
des sondes
dans
mode balayage
d'infor-
(qui existait
au début
explosé
et mesure des variations
(E��)
antérieures
sur
dans des expériences
paral lèle
( 0 B). En effet,
de mettre
il a été possible
satellite,
et au fait
du plasma
à l'axe
du champ électrique
du champ magnétique
pas
en fonction
de mesurer
résultats
à déterminer
complémentaires :
à plasma
électroniques,
horizontale
parallèle
difficiles
de simulation
le caisson
en la mise en évidence
à une dérive
associée
des électrons
du plasma.
2" consistent
"IPOCAMP
dans
d'étalon
les principaux
ailleurs,
d'un effet
de dérive
expérimentâtes
et température
de dérive
en fonction
caisson
qui servirait
que densité
Par
plasma
méthode
une autre
par
des variations
Mais le fait que l'on ne puisse
est lié aux difficultés
de dérive
vitesse
la détermination
réal isées
dans*le
des sondes
l'étalonnage
garantir
que l'application
la vitesse
du C.R.P.E.
ionosphérique
montré
Isoprobe
d'estimer
que nous avons
d'expériences
fusée
a permis
du plasma,
de vitesse
de la sonde
de transfert
de l'impédance
1976) pour
(MICHEL,
simple
nous avons
étude,
un courant
en évidence
au
parallèle
du champ magnétique
(AB)
par la mesure des variations
(i��)
mise en éviet ZMUDA, 1970). On a montré que l'instabilité
champ magnétique
(ARMSTRONG
dans
dence
la couche
("two stream
Farley
d'autres
expériences
OLESEN
et al.
E de l'ionosphère
Buneman
fusées
"I POCAMP
l'embarquer
sur
le satellite.
sont prévus.
configurations
en accord
en zone aurorale
effectuées
étude
2" a permis
à bord du satellite
complémentaires
et était
instability")
du type double
faisceau
avec
les résultats
(KELLEY
et MOZER,
1976).
Enfin cette
fusée
était
aurorale
qui s'appuie
de tester
ils seront
telles
la sonde
l'absence
balayage
par calculateur
en fréquence
de l'expérience
sur fusée
I soprobe
"ARCAD
sur
3".
la fusée
modes de fonctionnement
commandés
que :
les données
franco-soviétique
dont nous déplorions
En effet divers
sur
(amplitude
de
Les mesures
seront
des sondes
permettant
avant
réunies
Isoprobe
différentes
et phase),
1973 ;
- 44-
recherche
auto-oscillation,
sonde,
recherche
à d'autres
mesures
magnétiques
les mouvements
entre
du projet
très
etc......)
électroniques,
les zones
duminimum,
expériences
particules,
du maximum de la courbe
la vitesse
Ces mesures
mesure
d'ensemble
de vitesse
la densité,
du plasma
alignés
seront
du champ électrique
le but de mesurer
liés aux courants
polaires.
(mesure
sensibles,
dans
autres.
de transfert
suivant
de la
associées
(trois
de dérive
axes),
des ions,
et la température
et plus particulièrement
le champ magnétique
_
dans
- 45- ANNEXE I -
-
La
la
dont
la
de
�=
est
transfert
signal
VS^
.
c'est
0
à
ce
qui
nous
La
première
la
La
donnera
donc
avec
phase
dire
la
réaliser
osciller
faire
en
Ve
amène
le
et
il
aux
seconde
la
gain
condition
on
que
même
Vue =
Barkhausen :
de
va
donner
nous
la
laquelle
écrite
pour
K �
lequel
KL
pour
il
la
y
faire
l'entrée
0
de
18KI
un
d'oscillation
passe
par
Il
oscillation.
osciller
existe
d'oscillation
fréquence
aura
il
un
��
fréquence
phase
la
pour
sur
ramène
pour
conditions
pour
equation
du
1 - SK
système
faut
équation
fréquence
limite
sous
représentée
K
e
-Pour
être
peut
suivant :
synoptique
fonction
D'OSCILLATION
FREQUENCES
auto-oscillation
en
sonde
du
forme
DES
CALCUL
le
système
zéro.
nous
nous
faut
- 46 -
DE L'AMPLIFICATEUR
La
de
automatique
de
retour
de
tension
(35
de
comporte
MHz)
la
l'oscillateur
bande
(40 MHz)
la
faire
avec
amplificateur
à
est
dans
2)
(Figure
1).
le
le
constitué
équations
130
montage :
les
la
et
à
un
à
de
du
la
de
A.L.B.
a
= rendement
=
Vo
A.Vin·VCAG
la
Le
système
large
suivant
l'ampli-
la
fonction
(r) �____C-o__________
de
fréquences
de
fréquence
temps
diodes
fréquence
transfert
�(F)
de
l'émetteur
que
dont
G(F)
coupure
haute
et
basse
de
PIN
mais
peut
détection
(VR - a
haute
coupure
réponse
de
de
A qui
gain
varie
être
IV outi
_
�..
boucle
est
suivant
calculée
G(F).V0
VCAG = E3(F)-(VR - V1) _
fréquence.
plasma.
3)
(Figure
=
Vout
une
l'amplificateur
C.A.G. : � (F) ': 130
atténuateur
fonction
boucle
kHz
correspondant
-La
C
MHz
+ L'amplificateur
fonction
bande
est :
=
dB
le
de
nominal
40
de
pour
dans
la
par :
large
=40
Fo
F = 70
+ Un
de
3 ms)
(y
contrôle
fournir
bande
large
courant
gain
de
permet
une
même
monté
GAIN
V..
in
transfert
80
Il
rapide
dynamique
est
qui
sur
réponse
amplificateur
avec
élément
(Figure
d'entrée
module
de
un
varier
une
tension
+ Un
AUTOMATIQUE
toujours
de
Ce
de
temps
débite
permet
de
un
DE
A CONTROLE
= cte)
(IV outi
avec
sonde
C.A.G.
gain
constante
C.A.G.
tude
sonde
DE TRANSFERT
DE LA FONCTION
- MODELISATION
�
= 300
Fk
de 3 ms.
constant
en
IV �n 1.
à
partir
Hz
des
- 47 -
* Vout * A'G'Vin-VCAG
�=A.G.6.(�-a)v,J)
m
Si
on
des
considère
variations
sinusoïdales :
V.
m
= V..e�
in
Vu
out
=V
+
ei,(wt
out
�...�.�.(v,-..!v�t)
m
Or
on
veut
IV out 1=
Le
le
montage.
de
transfert
système
1)
terme
Le
de
à'C.A.G.
cte
et
de
phase
terme
la
on
a
e
VR
= cte
(A 1
20).
pour
en
représente
d'atténuation
sonde
.
A sera
simuler
sur
fonction
le
de
la
déphasage
introduit
ordinateur
fréquence.
apporté
dans
l'action
la
par
fonction
du
- 48 -
Fi 9 : 1
-
49 -
Fig=2
-51 -
-
Changements
de
la fusée
dans
le
de
repère
ANNEXE
repères
II-
permettant
géographique.
la restitution
d'attitude
-52-
Repère
engin
z
=
axe
de
x
=
axe
portant
la fusée
le magnétomètre
radial
A
Repère :
défini
et
le moment
par
le champ
ce
repère
faites
il nous
est
la composante
d'annuler
que
terrestre
magnétique
B
B
Repère :
dans
0�
cinétique
nous
en
une
impose
3.2.
= 0,
E (B)
de calculer
Nous
ce
Eu
qui
dans
facile
de
des
E //
hypothèses
faisons
va
nous
le
à B,
donc
permettre
repère
engin.
-,
-53rotation
par
rapport
à OZ
C
Repère :
le calcul
pour
il existe
levée
du
une
par
soleil
et par
engin
instant
la position
de
(magnétomètre)
géographique
repère
(Sud,
le
dans
et
sol ai re)
dans
(prog. théorique)
B
dans
le
repère
et dans
le
repère
théorique).
(prog.
Repère
par
donné
géographique
sera
la position
de
(senseur
passage
qui
la connaissance
engin
repère
de
la matrice
indétermination
à un
repère
le
de
E
défini
géographique
Zénith).
Est,
- 55 -
- ANNEXE
Le
1 1 1 : Calcul
de
modèle
des
composition
de
fréquences
de
ionique
collision -
est
le
les
ions
l'ionosphère
suivant :
- jusqu'à
- de
140
140 à 240
- au-dessus
Dans
NO+ et
0+
voisines
masse
une
(PETIT
que
connaître
par
N2 ,
déterminer
l'es
les
la composition,
constituant
02
et
le C. I .R.A.
ODERO
le gaz
que
de
NO et CL
0+
important.
(90 -
170
leurs
masses
les
pouvons
sont
très
remplacer
par
en
supérieure
de
pondérée
de
30,5
concentrations
et
les
Pour
concentrations
et
on
a besoin
la température
des
collision,
neutres
tels
prépondérants
sont
températures
fournies
(1965).
résultats
que
nous
ont
ici
reprenons
été
(1971) :
- fréquences
de
V
en
avec
ve,
collision
=v
N2
+v
e, n2
=
électrons-neutres
e,
1, 55 .
10 11 .
11035 .
10 1
+V
o2
T.
e,
n(N2)
f
Te ,
Ue
où
km),
la densité
moyenne
fréquences
neutre.
leurs
0,
Les
D.
remarque
ionique
et
1968).
M.,
particules
intéresse
nous
02 ,
tenant
compte
masse
sont
02
O+ est
32 pour
En
une
prenons
Pour
de
et
intermédiaire.
nous
NO+ ,
NO+
seul
nous
on
dominants
a NO+ ,
km,
qui
or,
prédominent ;
30 pour
240
région
ions
on
km,
de
la
les
km,
T
02 =
o=
0,31 .
est la température
10 11
1.T.
T 2.
n(02)
n(O)
du gaz neutre.
o
obtenus
par
-
- fréquences
de collision
i.n "
Neutres
56 -
ions-neutres
+
v NOt , n
(n) � »�
N2 ,
n + v 0"
O
02
avec
4,17 . 10-10 . n (N2)
V NO+, N2 =
vN0+ �
v 0+ 2
4,2 .
10- 10
n (02)
02 =
2,4 . 10 -10 . n (0)
v NO +
,0 =
r0+ ,
N2
= 6,73 .
10 -10
V 0+ ,
02
= 6, 55 .
10 -10
02+
N2 = 4, 07 .
10 -10
02+
02
= 4,2 .
10 - 10
0
= 2,3 .
10 -10
n(N2)
n(02)
v
n(N2)
v
V O2+
et
V
O+ � ,0
qui est
défini
par
n(02)
n(O)
le tableau
suivant :
n
-
57 -
- 58 -
- 59 -
- ANNEXE
I
ions
de
définit
Pour
température
pour
suivant
les
ainsi
polaires.
que
cette
dans
la vitesse
du
vitesse
valeurs
verticale
ions -
acoustique
en
plasma
des
fonction
de
le milieu.
des
acoustique
et ionique
Ces
la vitesse
écoulements
sondes
calculer
des
acoustique
calculer
la vitesse
électronique
zones
de
différents
des
déplacement
On
Vitesse
intéressant
les
connaître
pour
vitesse
est
IV:
nous
données
sont
ions
telle
utilisons
par
données
de la fusée.
JONES
dans
les
que :
valeurs
et REES
le tableau
de
(1973)
la
-61-
-BIBLIOGRAPHIE-
J.C.
ARMSTRONG,
et
in the
Y."Simulation
BALMAIN,
de
magnétique
Orléans,
1977.
C.,
69
BERTHELIER,
J.J.,
IPOCAMP
Technique
L.
BERGERON,
"Restitution
K.
BIRKELAND,
"The
Vol.
BOOKER,
"Radar
R.
"A
BUNEMAN,
CAUFFMAN,
CIRA,
0.
un
KARCZEWSKI,
1976,
objectifs
Note
préliminaire",
1975.
seul
transverse",
magnétomètre
expedition
1902-1903,
1913.
Christiana,
of the
et J.F.
1968.
polaris
in Physics
aurora",
Ratcliffe ,
of the auroral
of the
New
Academic,
vol.
J.G.R.,
electrojet",
upper
York,
69,
1964.
of field
"Excitation
Phys.
Rev.
D.P.
et
Lett.,
D.A.
latitude
convection
369-410,
1972.
Cospar
avec
edited by J.A.
4983,
p.
sec.,
studies
model
février
3,
aurora
Norwegian
atmosphere,
BOSTROM,
n°
L B/MMR/8.417/MT,
second
1,
H.G.
technique
d'attitude
CNES
Rapport
C.
printemps
Heyss,
C.R.P.E.,
plasma",
1965.
RENARD,
2,
une
Ingénieur-Docteur,
in a compressible
dipole
description
scientifiques,
Thèse
559-566,
D(4),
dans
uniformes
plasmas
'
Etude
ionosphérique.
multipolaire",
of a short
"Impedance
"Projet
et de
plasmas
structure
Radio Sci . ,
BEGHIN,
J.G.R.
satellites",
du plasma
expérimentale
K.G.,
km
1100
34, 7122, 1970.
faisceaux
de
by
at
current
aligned
measured
region
n°
"Field
ZMUDA,
auroral
vol. 75,
ARNAL,
A.J.
Publishing
285,
10,
GURNETT,
I nternational
Company,
sound
aligned
electric
waves
by
electron
streams",
1963.
"Satellite
fields",
Reference
Amsterdam,
of high
measurements
Space Sci.
Atmosphere 1965.
Rev.,
North
13,
Holland
1960.
-62-
J.M.,
CHASSERIAUX,
and
N.
D'ANGELO,
the
from
deduced
warm
J.
probe",
Rev.
a review",
in the
plasma
and
"Electron
RENARD,
ionosphere
of the
H.F.
vol .
instabilities
Space
Geophys.
density
lower
theory
Plasma Physics,
waves
"Plasma
et C.
measurements
temperature
pole
R.
DEBRIE,
8,
part
in the
polar
quadru231 , 1972.
2,
cusp :
vol .
Phys.,
as
n°
15,
3,
1977.
P.M.E.
DECREAU,
et
R.
et
température
densité
DEBRIE,
Tome
12,
7th
H.
DERFLER,
magnetosphere
Rev.,
7,
U.V.,
KELLEY,
D.T.
FARLEY,
Jr.
D.T.
FARLEY,
"A
of a
vol.
"Motions
V.
"Mutual
J.
Plasma
F.S.
MOZER,
electric
Sci.
Space
instability
plasma
plasma
instability
resulting
by
68,
Hines,
Paghis,
of irre-
a source
Lett.,
in field
in Physics
of ionization",
as
Rev.
J.G.R.,
ionosphere",
Planet.
detector",
1970.
1551-1561,
18,
of
"Investigation
field
Phys.
10, 279,
aligned
irregub.
1963
6083,
of the
earth's
Hartz
and
upper
Fejer,
1965.
impedance
plasma
1966.
conducted
probes",
ionosphere",
Prentice-Hall,
FIALA,
gases",
172,
17,
measurements
electric
et
d.c.
edited
atmosphere,
Lett.,
in the
in the
larities
FEJER, J.A.,
with
"Two-stream
gularities
field
M.C.
operation
Jr.
appliquée,
physique
1967.
238,
Sci . ,
de
in ionized
Rev.
Phys.
electric
in the
Space
Revue
on phenomena
SIMONEN,
"Theoryof
the
et d'impédance
Il,282,1965.
U.V.
FAHLESON,
FAHLESON,
T.C.
et
Conf.
Int.
vol .
Belgrade,
mesure
par
quadripolaire)
sphère)".
.
de
plasmas
1977.
1043,
"Proc.
H.
DERFLER,
double
(dipôle
propre
(sonde
les
faibles
électroniques
mutuelle
d'impédance
dans
"Diagnostics
to measure
Physics,
small
dipoles
in warm
streaming
a Cherenkov
cone
of plasma
waves",
of two
vol.
10,
part
3,
371,
1973.
1963
a.
-
et
S.P.
GUPTA,
S.
in the
Planet
"Polar
J.P.
ILLIANO,
25,
et
J.M.
R.A.
M.H.
et
Ion
KELLEY,
magnetic
field
direction",
"Time
REES,
and
et
J.P.
77,
lower
n°
A,
4,
F.S.
and
field
Hall
and
in a major
1975.
3181,
80,
,
21, 537, 1973.
Sci,
measurements
E region",
d'un
"Diagnostic
vitesse
animé
d'une
ondes
électroniques
de
plasma
oscil-
density
two-stream
current
J.G.R. ,
n°
78,
13,
et J.M.
Radio
"Analytical
derivation
by
an
bag plasma",
dérive
par
KINDEL,
Sci.,
simulation
J.
la dispersion
Thèse
3ème
des
Cycle,
of the
H.F.
point
Physics,
for
measuring
North
frequency
Hall
current
209, 1971.
Plasma
Symp.
ionosphérique
de
étude
"High
6,
oscillating
"Instrumentation
Cospar
de
1978.
d'Orléans,
C.F.
plasma
longitudinales",
instability",
Proc.
aurora, I
1973.
KENNEL,
F.S.
auroral
of the
Space
J.G.R.,
frequency
high
in the
created
MOZER,
70
H., MOZER,
field
"Electric
to the
Université
E.
of the
vol.
studies
KAPPLER,
"Electric
MOZER,
due
2214,
MICHEL,
shift
Lett.,
Planet
substorm",
F.S.
instability
K.,
the
Phys.
dependent
G.,
FAHLESON,
latiohs
LEE,
vol.
of the collective
from
composition",
magnetospheric
LEBRETON,
deduced
frequency",
HAERENDEL,
M.C.,
M.C.
to the
J.G.R.,
"Measurement
electrons
density
U.V.
KELLEY,
related
1979.
315,
JONES,
distributions
resonance
oblique
1979.
field
POTTELETTE,
of the
motion
rocket",
1972.
4877,
R.
plasma
Nike-Apache
145-150,
27,
electric
cap
interplanetary
n°
vol.
Sci . ,
Space
of the
region
apogee
of ion
évidence
"Experimental
PRAKASH,
oscillations
HEPPNER,
63 -
electrostatic
in a streaming
source
Holland,
potential
vol.
15,
electric
water-
part
3, 395, 1976.
fields
in space",
Amsterdam,
1968.
- 64 -
MOURGUES,
M.R.
FEIX,
G.,
oscillations
MOURGUES,
forcées
le modèle
par
G.,
FIJALKOW,
549,
par
1 - Plasma
antenne
froid
et
par
II-
Distribution
Hz
0-1000
M.
M.
F.,
SPANGSLEV,
n°
3,
n°
12,
de
35,
en
dérive",
un modèle
par
soumis
à
dans
quadripolaire
de
collision
Thèse
3ème
fréquences
l'ionosphère",
de
U.V.,
la
Cycle,
E.,
C.G
field
wave,
and
E-region",
plasma
Geophys.
Res.
1976.
d'analyse
Novembre
Note
spectrale",
Technique
1976.
de
par
UNGSTRUP,
FALTHAMMAR,
cap
polar
71 1 ,
ionique
de
F.,
borne
températures,
densité
diffusion
et de
électronique
Ann.
Thomson",
Geophys.,
1968.
1-38,
la sonde
stage,
ISOPROBE
DEA
de
Physique
en
auto-oscillation",
des
gaz
et des
plasmas,
1977.
Orléans,
GUPTA,
"Electrostatic
Nature,
les
dans
numériques
"Etude
S.,
forcées
faible",
sonde
chargées
in unstable
vol.
Rapport
PRAKASH,
dérive
mesurer
pour
"Rocket
"Mesures
J.
à Plasma
un plasma
(approximée
d'une
PEDERSEN,
composition
PIGNARD,
dérive",
Il. .
FAHLESON,
"Méthodes
24(l),
soumis
dans
de
A.,
C.R.P.E.
PETIT,
en
un plasma
1971.
observations
PARROT,
forcées
"Oscillations
FEIX,
ponctuelle
d'utilisation
BAHNSEN,
Lett. ,
M.R.
1979
PRIMDHAL,
A.
dans
"Water-Bag",
et vitesse
Physics,
Orsay,
et
modèle
source
Bag)
particules
OLESEN, J.K.,
Physics,
"Oscillations
FEIX,
maxwellienne
"Possibilités
des
M.R.
ponctuelle
et
une
Water
gamme
les
plane
géométrie
Plasma
(MWB)",
sur
I. .
1979
Plasma
et
une
créées
Multi
ODERO, D.
E.
FIJALKOW E.
G.,
en
simulé
plasma
dérive
1977.
19,
Physics,
d'un
de
"Effet
FIJALKOW,
Multi-Water-Bag
vol.
créées
MOURGUES,
et E.
S.P.,
SUBBARAYA,
plasma
vol.
233,
n°
instabilities
38, 56, 1971.
B.H.
et C.L.
in the
equatorial
JAIN,
electrojet",
-65-
PRAKASH,
ments
at
of ionization
and
Thumba
"A
C.,
new
C.
et
R.
ROOY,
B.,
T.
"Réalisation
fusée
STOREY,
VAN
HOVEN,
de
"Théorie
309, 1972.
d'une
Acad.
de
Plasma
the
Sci.
la sonde
quadrivol.
Physics,
14,
Univ.
Press,
Phys.
et
P.
space
and
"A
MEYER,
plasma
1969.
Rev.
Lett.,
17,
169,
1966.
1,
1977.
Orl éans ,
quadripole
resonances",
vol.
laboratory,
sur
embarquée
d' 1 ngéni eur D. P . E .,
of ionospheric
study
in
ISOPROBE
l'expérience
M.P.
AUBRY,
waves
G.
4,
transfert
C.R.
fréquence",
1972.
plasma
Rev.
de
l'impédance
Mars
72-80,
of the
Tech.
and
isotrope",
Mémoi re
sonde",
L.R.O.,
for
.
1,
1972.
275,
F.X.
vol.
STOREY,
chaud
plasma
Indian
1970.
649,
et L.R.O.
en
ionosphere
equatorial
recording
de
à haute
270,
M.R.
FEIX,
polaire
SENE,
"Mesures
measure-
instabilities",
Physics,
Scient.
quadripolaire
Paris,
in the
continuous
Eldo/Esro,
"Rocket
GUPTA,
of plasma
Space
for
DEBRIE,
sonde
S.P.
irregularities
and
device
frequency",
RENARD,
et
identification
of Radio
Journal
RENARD,
B.H.
SUBBARAYA,
S.,
303-332,
probe
Plasma
Edinburgh
- 67-
-REMERCIEMENTS-
Mes
a dirigé
qui
et
ici
trouve
m'a
à remercier
son
de
de
mon
lesquels
eu
non
de
ma
d'URSS
tous
2",
programme
de
FOULON
de
conseils
la
D.G.R.S.T.
remercier
qui
conseils
et
BEGHIN
a
avertis
Directeur
du
et
Terrestre
bien
Centre
de
Planétaire
son
dans
(CRPE),
laboratoire.
à Messieurs
voulu
consacrer
ici
Messieurs
discussions
tout
J.F.
CHAPELLE,
leur
à
temps
et
HAMELIN
au
KARCZEWSKI
de
long
qui
ce
a porté
PIRRE
travail.
un
intérêt
thèse.
ont
tiens
je
à l'expérience
participé
à remercier
la maîtrise
du
l'égide
Calcul
CNES
"I POCAMP
fusée
2"
suis
des
et d' I NTERCOSMOS
que
de
pour
travail
que
a été
m'a
fait
l'usage
de
cette
Monsieur
cette
expérience
PARROT
dans
l'expérience
le cadre
du
de
pacifique
la forme
réalisé
obtenir
présente
grâce
a été
soit
effectué
ici
remercié
machine.
reconnaissant
particulièrement
je dois
de
et 77/CNES/207-0358).
données
l'utilisation
d'Hydrométéoro-
opérationnelle
franco-soviétique
du CNES,
dans
le Service
d'oeuvre
76/CNES/207-0308
auxquelles
Ce
de
de
ceux
assurait
sous
Je
et
avoir
cette
propos,
(conventions
ses
ses
remerciements
pour
de
coopération
le Centre
pour
conseils
Monsieur
recherche
vifs
Monsieur
Le traitement
sur
les
reconnaissance.
qui
"I POCAMP
cette
nombreuses
plus
A ce
l'espace
Qu'il
développement.
pour
HIEBLOT,
plus
le plaisir
Que
logie
DEBR I E
travail.
j'ai
pas
ici
son
par
l'Environnement
mes
à l'avancement
trouvent
et qui,
à bien
RENARD
J'ai
constant
à Monsieur
particulièrement
équipe
de
mener
et
n'oublie
de
long
gratitude
Monsieur
Physique
BERTHELIER
Je
sincère
tiens
J'adresse
avec
au
d'abord
prodigués.
remercie
permis
l'examen
tout
travail.
en
Recherche
ma
m'a
dans
Je
qui
de
tout
qu'il
accueilli
mon
orienté
vont
travail
l'expression
Je
m'a
ce
suivi
encouragements
qui
remerciements
à une
Monsieur
à Mesdames
de
cette
allocation
CHAPELLE.
LHU I LL I ER
thèse.
de
recherche
_69_
DES FIGURES -
- LEGENDE
Figure
Figure
Figure
Figure
Figure
Figure
I .l .
I .2.
I .3.
I .4.
I .5.
I .6.
dans
Dispositif
expérimental
du
ionosphérique
plasma
de
Courbes
de
sans
vitesse
de
de
Courbes
de
animé
d'une
transfert
de
Courbes
phase
de
animé
d'une
de
animé
d'une
en
de
animé
transfert
un plasma
en
dans
de
vitesse
de
dérive :
et
en
isotrope
(AVAL).
et
amplitude
un plasma
Sonde
(AMONT).
amplitude
parallèle
en
dans
I soprobe
en
isotrope
un plasma
expérimentales
la sonde
et
anti-parallèle
en
Sonde
dérive :
(AVAL).
amplitude
Sonde
en
isotrope
un plasma
dans
Isoprobe
et
parallèle
expérimentales
transfert
d'une
en
isotrope
amplitude
Sonde
dérive :
de
vitesse
de
dérive :
Isoprobe
vitesse
Courbes
en
théoriques
la sonde
phase
phase
de
la sonde
et
amplitude
un plasma
dans
I soprobe
transfert
de
Courbes
dans
théoriques
vitesse
simulation
V = 0.
dérive
la sonde
phase
en
théoriques
I soprobe
de
C.R.P.E.
du
transfert
la sonde
phase
le caisson
isotrope
(AMONT).
anti-parallèle
Figure
I .7.
Fonctionnement
de
la sonde
I soprobe
en
mode
balayage.
Figure
I .8.
Fonctionnement
de
la sonde
I soprobe
en
mode
auto-
oscillation.
Figure
( .9.
Courbe
oscillation
parallèle
pour
entre
deux
à la vitesse
différentes
de
la différence
représentant
densités
sondes
de
dérive
de
I soprobe
if
plasma.
fréquence
parallèle
= F// -
d'autoet
Fanti//)
anti-
- 70 -
1 I .1 .
Figure
Schéma
des
synoptique
la fusée
sur
capteurs
:
I POCAMP 2.
I I .2.
Figure
I I .3.
de
Courbes
sonde
plasma
F
sur
Isoprobe
:
en
de
balayage
(Amplitude
et
sans
magnétique
champ
de
écart =
1%
vide
I I I .2.
._
Systèmes
de
au
champ
repère
Figure
I I I .4.
de
Trajectoire
de
Variation
défini
comme
I ai re
à l'axe
Figure I I I .5.
(x,y,z)
,i
les
!
la fusée
un
dans
lié
entre
et champ
repère
de
le plan
la fusée.
Les
zones
instants
où
le signal
restitué.
j;
ï
géographique.
à l'angle
et
i
B,
.
précession,
de
marquées
( ///// )
champ
électrique
�
1
:
où
télémesure
sur
impulsions,
l'on
a représenté
le champ
électrique
l'écart
E ac
entre
au
dues
z
*
soleil.
Figure
I I I .6.
Spectre
en
fréquence
T = 310
à l'instant
rotation
f
'_
perpendicu-
perturbé.
Film
les
de
définissant
magnétique
mesuré
champ
l'angle 0 ,
les
représentent
est
du champ
l'angle
engin
�.
() ,
entre
le repère
(X , Y , Z)
magnétique
d'attitude
Restitution
comparaison
Figure I I I .3.
reliant
coordonnées
d'Euier � ,
angles
Figure
l
|
F .... = 1,9MHz )
Figure 1 1 1 1
laa
fréquence
phase)
= 1 ,91 MHz
- bas :
!
la pointe
2.
réponse
I soprobe
- haut :
sondes
I POCAMP
la fusée
de
Figure
des
Configuration
F
de
du
s où
la fusée
champ
signal
l'on
et
a indiqué
ses
différents
électrique
la fréquence
E DC
de
harmoniques.
z
z
z
-
Figure
1 1 1 .7.
du
Approximation
- en
Figure I I I .8.
71 -
sortie
- en sortie
du filtre
Partout:
T
Signal
E
ac
V1= 1
= 0, 085 ;
;
V2 = 0, 3
continu
à différents
É lissées
(repère
instants :
brutes
b et c) composantes
de
d et e) composantes
de E (repère
200 mV/m pleine
échelle :
Figure 1 1 1 . 10.
Enc
champ électrique
a) données
Figure I I I .9.
filtre
du
perturbé
signal
Module et direction
géographique)
échelle
du champ électrique
repère
géographique.
Densité
électronique
engin)
dans
un
et fluctuations
de densité
à
et fluctuations
de densité
à la
la montée.
Figure
I I I .11 .
Densité
électronique
descente.
Figure
I V.1 .
Sondages
pendant
(6 H 45, 7
le vol
Figure
I V.2.
Magnétogrammes
Figure
I V.3.
Module et direction
Figure
I V . 4.
L'ovale
auroral ,
(CAUFFMAN
vitesse
le 17 mars
ionosphériques
et GURNETT,
de convection
et
H 08 et 7 H 15 T.L.).
de la vitesse
les lignes
1977 avant
de dérive
de convecti
du plasma.
on du plasma
1972) et direction
mesurée.
de la
- 72-
Figure
Direction
IV.S.
de
la vitesse
obtenue
par :
- sonde
double
- sonde
I soprobe
Les
Figure
I V.6.
fonction
la position
de
Figure
des
I V.7.
Module
de
Figure
I V.8.-
Module
Figure
IV.9.
Extrait
I V.10.
I ndice
Figure
1 V. 11.
Vitesse
de
Figure
du
PLANCHE
1
PLANCHE
I 1
B
Vue
Sonde
la fusée
u0
QH
de
dessus
la densité
télémesure
et de
la
':
en
':t
?
et Up
Heyss.
de
courant
perpen'
de
courant
perpen-
;s
des
entre
fréquence
Isoprobe
pendant
de
les
montrant
fluctuations
I
�
E.
acoustique
I soprobe.
de
la densité
de
n
relative
générale
�
montée.
de
spectral
de
dû
à la descente.
film
la vitesse
sondes
de
électrique
Différence
IV.12.
au
B à la
à
du champ
Figure
conductivités
et direction
dicul ai re
est
qui
sillage
plasma.
l'altitude
à
du
la vitesse
du
et direction
diculaire
plasma
(.)
dérive
Variations
du
( )
sphère
à la composition
de
dérive
:
( . ) indiquent
vitesse
de
fluctuations
de
électrons
des
et
ions
densité.
ions
C
V
et variation
s
d'auto-oscillation
entre
les
'
la montée.
la disposition
des
capteurs.
"
!
-
Fig : I,2
2
74 -
de transfert
en anpiitude
théoriques
et en phase de la sonde Isoprobe dans un plasma
de dérive V = 0.
sans vitesse
isotrope
Courbes
-
Fia i 1.3
3
75 -
Courbes
phase
anirm
de transfert
théoriques
de la sonde Isoprobe
dans
de dérive :
d'une
vitesse
en amplitude
et en .
un plasma isotrope
sonde parallèle
(AVAL).
-
F1a : I,4
76 -
en amplitude
Courbes de transfert
et en
théoriques
phase de la srnde Isoprobe dans un plamn isotrope
animé d'une vitesse
de dérive :
sonde antiparallèle
(J\KN1').
-
Fia :
l,
9
81 -
Courbe
la différence
représentant
d'auto-oscillation
entre
deux
et
à
parallèle
anti-parallèle
dérive
pour
différentes
densités
de fréquence
sondes
Isoprobe
la vitesse
de
de
plasma.
-
Fig :
II,3 3
84 -
Courbes de réponse en balayage de fréquence
de la sonde Isoprobe (Amplitude et phase)
- haut :
plasma sans champ magnétique
F
= 1,91
MHz
F auto-oscillation
- bas : vide
= 1,9
MHz 1
� écart
= 1 %
-
Fig :
III,
1
85 -
de coordonnées
le repère
Systèmes
reliant
au repère
engin
c�, B (X,Y,Z) défi(x,y,z)
nissant
les angles
d'Euler
�,6 6 et cy .
- 89 -
Fig :
III,
3
Trajectoire
géographique.
de la
fusée
dans
un repère
- 91 -
Fig:lll,5
Telemesure
- 93 -
Fig :
III,7 7
Approximation
- en sortie
0
�}� = 0
du
du
Partout
Bdc
filtre
® �j� = -20°
® * - "10°
-30°(5) �t. =
(4) �t =
- en sortie
du filtre
@� =
perturbé
signal
-40°
Eac
180°
T=
0,085 ;
V1 =
1 ; V2 = 0,3
-
Fig :
III,9 9
95 -
Mxlule et direction
un repere
du champ électrique
géographique.
dans
-
l'ig :
III,10
Densité
densité
96 -
électronique
à la montée.
et
fluctuations
de
-
Fig :
III,11
Densité
densité
97 - -
électronique
à la descente.
et
fluctuations
de
-
Fig.
I V.1 . -
99 -
Sondages
avant
ionosphériques du
et pendant
le vol
17 mars
(6 H 45, 7
1977
H 08
et 7 H 15 T . L . )
-
Fig:IV,3
3
102 -
Module et direction
dérive
du plasma.
de la vitesse
de
Fiq :
IV,S 5
'
103 -
de
isoprobe
double
par :
sonde
sonde
Direction
obtenue
-
la
vitesse
(0)
sphère
(-)
de
la position
Les
(·)
indiquent
du à la oonposition
est
qui
de la fusée
et de la vitesse
dérive
du
plasma
du sillage
de la vitesse
du
de dérive
plasma.
-
Fig :
N,6 6
Variations
fonction
104 -
des conductivités
de l'altitude
co,
au-dessus
oH et op en
de Heyss.
-
Fig : IV,
7
105 -
Module et direction
perpendiculaire
de la densité
à gazà la montée.
de courant
-
Fig :
IV,88
106 -
Module et direction
perpendiculaire
de la densité
à S la
descente.
de courant
-
Fig :IV,9
107 -
Fluctuations
de
champ
electrique.
.
Fig :
IV,10
lûb -
Indice spectral
de densité.
n des fluctuations
Fig :
IV,11
=
�e
1
entre
de la
- 109 -
relative
yitesse
Vr et variation
des ions Cs
Vr
=
[«(Te + TD/taJ
électrons
et ions
vitesse
acoustique
Cs -
i /22
-
Fig :
entre
IV,
12
110 -
Différence
les
d'auto-oscillation
de fréquence
la montée.
sondes Isoprobes
pendant