Recherches dans le système jovien

Des entraînements FAULHABER embarqués pour une mission

La sonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) a entrepris un voyage extraordinaire. Elle va parcourir près de 778 millions de kilomètres avant d'atteindre son objectif, une mission de huit ans au total.

Avec JUICE, l'Agence spatiale européenne (ESA) cherche à explorer les trois grandes lunes glacées de Jupiter : Ganymède, Europe et Callisto. Afin d'étudier de plus près ces lunes fascinantes, JUICE a été lancée dans l'espace le 14 avril 2023 à bord de la fusée Ariane 5. Après un vol de plusieurs années, la sonde devrait atteindre le système jovien en 2031. À son bord, dix instruments scientifiques ultra-spécialisés doivent permettre d'effectuer des mesures précises dans des conditions extrêmes. L'un des instruments clés de cette mission a été développé par l'Université de Berne (Suisse) avec le soutien d'une technologie de haute précision de FAULHABER.

À la découverte des secrets de Jupiter avec le spectromètre de masse NIM

L'Université de Berne a joué un rôle clé dans la mission JUICE. Elle a participé au développement de plusieurs instruments scientifiques et a contribué à la mise au point d'un outil de haute précision pour l'étude des lunes de Jupiter, à savoir le spectromètre de masse NIM (Neutral and Ion Mass Spectrometer). Le NIM fait partie de l'unité Nadir qui constitue, avec deux autres capteurs de particules, la pièce maîtresse de la suite instrumentale PEP (Particle Environment Package). Cette unité a été développée et intégrée par l'Université de Berne et a fait l'objet de nombreux tests.

L'objectif du spectromètre de masse NIM est d'analyser la composition chimique, la distribution et les propriétés physiques des particules présentes dans les atmosphères des lunes glacées. Les données mesurées devraient notamment nous indiquer s'il existe des conditions potentiellement favorables à la vie sur ces lunes. Cependant, l'environnement extrême du système jovien impose des contraintes considérables à la technologie utilisée. Le rayonnement très puissant généré par le champ magnétique massif de Jupiter pourrait détruire en très peu de temps les composants électroniques les plus robustes.

Afin de protéger le NIM et l'unité Nadir contre cette exposition au rayonnement, des mesures de blindage spéciales ont été mises en œuvre. Le boîtier des composants électroniques est en tungstène, un matériau d'une densité extraordinairement élevée et qui constitue une barrière efficace contre les particules de haute énergie. Un autre aspect critique concerne le détecteur du spectromètre de masse : étant donné que les particules de haute énergie du système jovien génèrent des signaux similaires aux objets de mesure réels (des atomes et des molécules de gaz ionisés), les mesures non protégées risquent de se perdre dans le bruit. Un bouclier supplémentaire composé de 1,5 kg de tungstène et de tantale a donc été installé autour du cœur sensible du détecteur, lui-même constitué de deux disques de verre de 10 mm de diamètre et de seulement 0,3 mm d'épaisseur chacun.

Outre la protection contre le rayonnement, la fiabilité des instruments joue également un rôle fondamental. Les réparations dans l'espace n'étant pas envisageables, chaque élément a dû être protégé de multiples façons lors du développement. À certains endroits, on a même délibérément renoncé à des réserves de puissance afin de garantir une fiabilité opérationnelle maximale dans les conditions difficiles qui caractérisent le système jovien.

Précision dans l'espace grâce aux entraînements FAULHABER

To precisely analyze the chemical composition of the atmospheres of Jupiter's moons, the NIM mass spectrometer needs a flexible measurement strategy. Here, a mechanism is used which can switch between various measuring modes. Depending on the mode, different entrance openings are used, which have to be opened or closed accordingly. To provide the required high-precision control, a specially developed drive based on tried-and-tested FAULHABER components was integrated.

The heart of the drive is a combination of an 8 mm brushless DC-motor (series 0824 … B) and a 10 mm planetary gearhead with a reduction of 1:256. Dr. Daniele Piazza from the Space Research & Planetary Sciences department at the University of Bern explains why this drive solution was selected: "On the one hand, the chosen combination has to provide the necessary characteristics, such as torque, reduction and compactness. On the other hand, the drives also need to withstand the harsh conditions of the space mission." To ensure their reliability, the magnets of the motors were subjected to intensive radiation testing in the cyclotron at the Inselspital, the University Hospital of Bern. Furthermore, the windings of the motors were baked in a vacuum at 100 °C to minimize outgassing and to ensure long-term functionality.

Without this high-precision drive, it would not be possible to exploit the full potential of the NIM instrument. The ability to switch between different measuring modes significantly broadens the scope of the scientific studies and contributes considerably to the success of the JUICE mission. FAULHABER drive technology therefore makes a decisive contribution to exploring the icy moons of Jupiter.