Thèse Année : 2013

Experimental procedures and data analysis for the MICROSCOPE space mission

Procédures expérimentales et traitement des données associées pour la mission spatiale MICROSCOPE

Résumé

The MICROSCOPE space mission aims at testing the Equivalence Principle with an accuracy of 1E-15. The instrument will be embarked on board a drag-free microsatellite, and consists in a differential electrostatic accelerometer composed of two test masses submitted to the same gravitional field but made of different material. The accelerations applied to the masses to maintain them relatively motionless are measured and will demonstrate a violation of the universality of free fall if found unequal. The accuracy of the measurement exploited for the test is limited by our a priori knowledge of the instrument physical parameters. An in-orbit calibration is needed to finely characterize them in order to correct the measurement. Appropriate calibration procedures have been determined. In order to validate their performances, they have been implemented in a software tool dedicated to the calibration sessions which simulates the instrument, the satellite and its environment. Other pertubations must be considered during the data analysis : numerical effects arise from the finite time span of the measurement. These effects have been evaluated and a procedure has been determined to process the data with minimal numerical perturbations, in a nominal situation as well as in the case of missing data, which may amplify these effects. Finally, a simulator has been developed for the entire mission scenario in order to study the association of instrumental and numerical simulations. This tool enables to simulate both the calibration sessions and the sessions for the test of the Equivalence Principle, and is therefore used to validate the protocol of measurement correction and analysis.

L'objectif de la mission MICROSCOPE est de tester le Principe d'Equivalence avec une précision encore inégalée de 1E-15. L'expérience sera menée en orbite grâce à un accéléromètre différentiel électrostatique embarqué à bord d'un microsatellite à traînée compensée. Elle consiste à comparer les accélérations appliquées à deux masses de composition différente en lévitation électrostatique pour les maintenir sur la même trajectoire. La précision de la mesure exploitée pour ce test est limitée par la connaissance à priori des paramètres de dimensionnement de l'instrument. Des sessions d'étalonnage en orbite sont indispensables pour évaluer précisément leurs valeurs afin de corriger la mesure des effets. Des procédures d'étalonnage appropriées ont été déterminées. Afin de valider leurs performances, elles ont été implémentées dans un simulateur dédié aux phases d'étalonnage et modélisant l'instrument, le satellite et son environnement. Par ailleurs, d'autres perturbations sont à considérer lors du traitement des données scientifiques : des effets numériques apparaissent du fait du caractère fini dans le temps de la mesure. Ces effets ont été évalués et une procédure de traitement des données a été déterminée afin de les minimiser en situation nominale ainsi qu'en cas de mesures manquantes, ces dernières pouvant amplifier les perturbations numériques. Enfin, un simulateur permettant de jouer l'ensemble de la mission a été développé afin d'étudier l'association des perturbations instrumentales et numériques. En reproduisant à la fois les phases d'étalonnage et de test du Principe d'Equivalence, il permet de valider le protocole de correction et de traitement de la mesure.

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  • HAL Id : tel-02095140 , version 1

Citer

Emilie Hardy. Procédures expérimentales et traitement des données associées pour la mission spatiale MICROSCOPE. Astrophysique [astro-ph]. Observatoire de Paris, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02095140⟩

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