Au fil des ans, l'équipe d'ingénierie a participé à une multitude de projets. Voici quelques exemples de projets, réalisés ou en cours, auxquels l'équipe d'ingénierie a largement contribué.
NOMAD est un spectromètre de pointe qui permet de mesurer la composition chimique de l'atmosphère de Mars à bord de la mission Exomars qui a été lancée le 14 mars 2016.
NOMAD est un spectromètre à 3 canaux. Deux canaux fonctionnent dans l'infrarouge (IR) et se basent sur l'expertise acquise par BIRA-IASB grâce au succès de l'instrument SOIR (« Solar Occultation in the InfraRed »), embarqué dans la mission Venus Express (VEX) de l'ESA.
Le canal d'occultation solaire (SO, « Solar Occultation ») du NOMAD est une copie du SOIR/VEX.
Le canal limbe, nadir et occultation (LNO, « Limb, Nadir and Occultation ») est une version améliorée du SOIR, mieux adaptée aux sources lumineuses de faible intensité. En effet, ce canal ne mesurera plus seulement en mode d’occultation solaire mais aussi en mode nadir, c'est-à-dire en observant directement la lumière du soleil reflétée par la surface et l'atmosphère de Mars. Le canal UVIS supplémentaire étendra la gamme de longueurs d'onde de l'IR à l'UV et aux longueurs d'onde du domaine visible, donnant à l'ensemble NOMAD la possibilité de mesurer l'ozone, l'acide sulfurique et les aérosols.
PICASSO: PICo-satellite for Atmospheric and Space Science Observations
PICASSO est une mission CubeSat de l’ESA initiée par l’IASB. Ce satellite à faible coût a pour ambition de déterminer le profil vertical d'ozone dans la stratosphère, le profil de température jusqu'à la mésosphère, la densité électronique et la température dans l'ionosphère. Le lancement est prévu pour 2017. Il va voler pendant deux ans sur une orbite polaire à environ 500 km d'altitude. Sa charge utile se compose d'un spectromètre d'imagerie miniaturisé (VISION) et d'un instrument à balayage de Langmuir (SLP).
3DEES: Three Dimensional Energetic Electron Spectrometer
3DDES est un instrument compact et modulaire développé pour mesurer les flux de particules de haute énergie avec une excellente résolution en masse, angle et énergie. C’est le successeur de l’EPT avec la possibilité supplémentaire de mesurer dans différentes directions (3D). Il mesure l’énergie déposée par les particules chargées dans des Modules spectromètres panoramiques pour déterminer la distribution angulaire des électrons et protons jusqu’à 6 angles dans un plan à 180°.
Electrons: 100 keV-10 MeV (32 canaux)
Protons: 4MeV-50 MeV (32 canaux)
Résolution angulaire: 15°
Il analyse l’information pour identifier les particules et déterminer leur spectre d’énergie et leur distribution angulaire. L’équipe des ingénieurs de BIRA-IASB contribue principalement au design et à la manufacture de la mécanique structurelle. Ce projet est une collaboration avec QinetiQ et le Centre des Radiations Spatiales à l’UCL.
AALTIUS: Atmospheric Limb Tracker for Investigation of the Upcoming Stratosphere
ALTIUS est un spectro-imageur UV-Vis-NIR capable de mesurer les profils de concentration atmosphérique de gaz résiduels dans la haute atmosphère. Il sera embarqué à bord d'un micro-satellite de la classe PROBA et sera exploité selon plusieurs modes d'observation : diffusion du limbe, occultations solaire et stellaire.
La configuration se compose d'un ensemble de 3 caméras spectrales, chacune étant une combinaison d'un AOTF (« acousto-optical tunable filter »), d'un détecteur 2D et de l'optique appropriée.
Le télescope pour particules énergétiques (EPT) est un instrument développé pour mesurer les flux de particules à haute énergie avec une très bonne résolution en matière d'énergie, d'angle et de masse.
Il mesure l'énergie déposée par des particules chargées dans des éléments modulaires sensibles et traite les informations pour identifier les particules (électrons de 0,2 à 10 MeV, ions H de 4 à 300 MeV et ions He de 16 à 1 000 MeV) et déterminer leurs spectres d'énergie et leur distribution angulaire.
SOIR: Solar Occultation in the InfraRed, Venus Express
SOIR est un spectromètre compact à haute résolution développé pour la sonde Venus Express de l'ESA.
Il fonctionne dans le domaine de longueurs d'onde infrarouge de 2,2 à 4,3 µm et utilise une grille (echelle grating) avec une densité de traits de 4 lignes/mm dans une configuration de Littrow, en liaison avec un AOTF (acousto-optical tunable filter) pour le tri des ordres spectraux et un détecteur HgCdTe à refroidissement actif de 256 par 320 pixels situé dans le plan focal.
Il est conçu pour obtenir un intervalle d'échantillonnage spectral de 0,1 cm-1.
Lancement: 09-11-2005
Début des mesures: 04-2006
Fin de mission: janvier 2015
Partenaires: Service d'Aéronomie (France), IKI (Russie), OIP, Pedeo
ROSINA-DFMS: Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis - Double Focusing Mass Spectrometer, Rosetta
DFMS est l'un des 3 composants de ROSINA, embarqué sur Rosetta, la mission de l'ESA vers la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko.
L’objectif de ce spectromètre de masse est la mesure des ions et des particules neutres dans la plage de masses comprise entre 1 et 100 uma, avec une résolution de masse de 3 000 à des hauteurs de crête de 1 %.
Le capteur présente une très large plage dynamique et une sensibilité élevée pour faire face aux très grandes différences de concentrations en ions et en gaz neutres. En outre, il est possible de déterminer la vitesse d'écoulement et la température des gaz de la comète.
BIRA-IASB a développé le LEDA (Linear Electron Detector Array), un détecteur à 512 anodes, et produit les cartes électroniques de qualité EQM et vol.
Enfin, le RDP DFMS (« Remote Detector Package ») et les FDP-A et B (« Floating Detector Package ») ont été conçus et testés.
Lancement: 02-03-2004
Début des mesures: janvier 2014
Fin de mission: 30-09-2015
Partenaires: IMEC, OIP, université de Berne (Suisse)
SPICAM-Light: Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, Mars Express
SPICAM est un spectromètre imageur doté d'un canal pour l'ultraviolet (118 à 320 nm) et l'infrarouge (1 à 1,7 microns). Son objectif à bord de Mars Express est la détermination de la composition et de la température de l'atmosphère en fonction de l'altitude.
Il peut effectuer des mesures dans 3 modes différents : pointage nadir, occultation solaire ou stellaire, et pointage du limbe. Dans le mode nadir, l'instrument pointe directement vers Mars et mesure la lumière solaire reflétée par la surface des planètes.
Lors de l'occultation, l'instrument mesure la lumière d'une étoile ou du soleil à travers l'atmosphère. Dans le cas de pointage du limbe, le capteur pointe à travers l'atmosphère en dehors de la présence d'une étoile ou du soleil. Il mesure la lueur émise par l'atmosphère.
BIRA-IASB a été impliqué dans la conception, le développement et les tests de matériels et de sous-ensembles mécaniques.
Lancement: 02-06-2003
Début des mesures: 25-12-2003
Fin de mission: 31-12-2009
Partenaires: Service d'Aéronomie (France), IKI (Russie)
SPICAM-S: SPectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, Mars 96
SPICAM-S est un spectromètre solaire à 2 canaux. Il a été placé sur l'orbiteur Mars 96.
L'instrument contient un canal UV-visible (250 à 650 nm) et un canal infrarouge (1,8 à 4,8 microns).
Ses objectifs scientifiques étaient la détermination de profils verticaux de l'ozone, de la vapeur d'eau, du monoxyde de carbone, des aérosols et de la température dans la basse et la moyenne atmosphère de Mars, par occultation solaire.
Lancement: 16-11-1996 ; la mission a échoué une demi-heure après le lancement en raison d'un problème de fusée
Partenaires: Service d'Aéronomie (France), IKI (Russie), Chevalier Optics, Verhaert
MAREMF: MARtian Electrons and Magnetic Field, Mars 96
MAREMF faisait partie de la charge utile plasma de Mars 96. Il combinait 2 sondes magnétométriques (MAREMF-OS et MAREMF-IS) et un spectromètre à électrons 3D (MAREMF-ES).
L'objectif de l'instrument était de mesurer avec une précision, une fiabilité et une résolution élevées le vecteur champ magnétique et la distribution tridimensionnelle des électrons et des ions dans l'environnement de plasma de Mars ainsi que dans le vent solaire.
BIRA-IASB a développé le DPU (« data processing unit ») et les logiciels nécessaires. L'institut a également participé à la conception de l'électronique du spectromètre et de l'équipement « Ground support », aux tests de MAREMF-ES et au traitement scientifique des données.
Lancement: 16-11-1996 ; la mission a échoué une demi-heure après le lancement en raison d'un problème de fusée
Partenaires: Max Planck Institut für Aeronomie (Allemagne), IKI (Russie), KFKI (Hongrie), ETCA
ORA est un radiomètre développé pour mesurer l'ozone, le NO2, les aérosols et la vapeur d'eau à l'aide de la technique d'occultation dans la partie proche infrarouge, visible et proche ultraviolet du spectre solaire.
Il contient également un module infrarouge pour la mesure de la vapeur d'eau dans la haute atmosphère. Il faisait partie des expériences scientifiques d'EURECA.
L'ensemble UV-visible contient 8 modules, chacun dédié à une longueur d'onde différente. L'instrument infrarouge possède 2 canaux optiques, l’un pour la mesure de la vapeur d'eau et l'autre pour la mesure du dioxyde de carbone.
L'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique était chargé de la structure mécanique et de l'ensemble UV-visible. En outre, le module électronique et le logiciel associé ont été entièrement conçus et développés par BIRA-IASB. Enfin, BIRA-IASB était également chargé de la qualification du modèle de vol et de la gestion du projet.
Lancement: 31-07-1992
Début des mesures: 16-08-1992
Fin de mission: 26-01-1993 (fin des mesures), retour sur Terre : 01-07-1993
DTR-CIMS: Drift Tube Reactor – Chemical Ionization Mass Spectrometry
L'analyse de gaz résiduels par spectrométrie de masse à ionisation chimique est le principal objectif du groupe de spectrométrie de masse de BIRA-IASB.
Outre des mesures in situ à l’aide d’une instrumentation CIMS commercial (PTR-MS), des études de laboratoire visant à améliorer la sélectivité de la détection gaz résiduels en ligne (principalement des composés organiques volatils biogéniques, BVOC) sont effectuées avec une instrumentation FA-SIFT (« Flowing Afterglow – Selected Ion Flow Tube ») et FA-TMS (« Flowing Afterglow – Tandem Mass Spectrometry »).
Le réacteur FA standard dans l'instrument FA-TMS est idéal pour les études de laboratoire, mais devra être remplacé par un réacteur d’un autre type (drift tube) afin de renforcer la sensibilité de détection des gaz résiduels. L’instrument deviendra alors un DTR-TMS.
Le concept de réacteur DTR est semblable à celui utilisé dans les instruments PTR-MS standard. Il se compose d'une source d'ions en décharge à cathode creuse, d'une chambre intermédiaire pour la purification des ions hydronium précurseurs et d'un tube (flow drift tube). Ce dernier est essentiellement constitué d'un empilement d'anneaux de protection en acier inoxydable isolés électriquement, muni des orifices requis pour les entrées de gaz et les mesures de pression.
Outre la conception et la fabrication de la source d'ions et du réacteur « drift tube », une interface spéciale entre le réacteur et un spectromètre de masse à simple quadripôle a dû être construite à l'atelier mécanique afin de tester le réacteur DTR de façon approfondie avant de le coupler à l'instrument TMS.
IMPECVOC: IMpact of Phenology and Environmental Conditions on biogenic Volatile Organic Compounds emissions from Forest Ecosystems
Les forêts sont des sources importantes d'émission de composés organiques volatils biogéniques (BVOC). Ces composés chimiques jouent un rôle important dans la chimie atmosphérique et ont une incidence sur la pollution atmosphérique. L'objectif du projet IMPECVOC est l'étude des émissions de BVOC et l'influence de différents paramètres tels que l'âge de l'arbre, la température, la disponibilité de l'eau, etc.
Pour cette recherche, les équipes du projet utilisent des chambres de croissance où les arbres jeunes peuvent être étudiés dans des circonstances contrôlées, mais effectuent également des mesures dans les forêts aux environs de Gand et à Vielsalm.
Ces dernières sont réalisées au moyen de grandes tours (d'une hauteur de 50 m à Vielsalm). Pour les mesures, les instruments PTR-MS (« Proton Transfer Reaction Mass Spectrometer ») et GC-MS (« Gas Chromatography Mass Spectrometer ») sont utilisés.
BIRA-IASB était chargé de la construction des cellules de mesure (enceintes de branche entièrement équipées) et des équipements de mesure dans les tours, ainsi que du développement des ressources logicielles et matérielles associées pour commander les expériences.
Partenaires : université de Gand, université de Liège
BARCOS: Bruker Automation and Remote COntrol System
Des observations solaires à l'aide de spectromètres infrarouges FTIR (Fourier Transform IR) sont fréquemment effectuées pour surveiller la composition chimique de l'atmosphère. Pour pouvoir effectuer des mesures de façon plus économique à partir de sites éloignés qui peuvent être difficiles d'accès, il est nécessaire d'exploiter l'instrument en mode autonome ou commandé à distance. BARCOS est développé dans ce but.
BARCOS comprend un spectromètre FTIR Bruker équipé d'un système de poursuite solaire sophistiqué, un circuit de remplissage d'azote liquide autonome et une station météorologique polyvalente. Le logiciel, écrit en LABVIEW, permet de contrôler tous les composants du système de façon intégrée. L'ensemble du système est commandé à partir d'un seul PC maître. Bien que le système soit conçu pour l'automatisation et la commande à distance, une exploitation manuelle est également possible grâce à une interface graphique conviviale.
MAXDOAS est un nouveau type de spectroscopie optique (DOAS, « Differential Optical Absorption Spectroscopy »). On utilise des mesures de la lumière solaire dispersée le long de différentes lignes de vue pour récupérer les colonnes et profils de gaz résiduels dans la stratosphère et la troposphère.
L'instrument MAXDOAS de BIRA-IASB se compose de 3 parties principales :
un boîtier thermo-régulé contenant un spectromètre UV et visible
la tête optique montée sur un système de poursuite solaire situé à l'extérieur
les ordinateurs dédiés à l'acquisition des données
La tête optique est conçue de telle sorte que le télescope puisse être déplacé dans différentes directions d'élévation et d'azimut. Les valeurs de luminance sont collectées par un miroir parabolique excentré. Enfin, la tête optique comprend également une roue à filtres. La sortie de chaque spectromètre est collectée par un détecteur CCD. La température du système est régulée par un système de refroidissement.
Cette configuration permet non seulement les mesures de lumière diffusée, mais aussi les mesures de lumière directe du soleil.
SIDAMS/MACSIMS: Simultaneous Ion Detection in Atmospheric Mass Spectrometry/ Measurement of Atmospheric Constituents by Selective Ion Mass Spectrometry
MACSIMS est un spectromètre de masse monté dans un ballon utilisant une ionisation chimique active pour effectuer des mesures de gaz résiduels stratosphérique in situ. Il a été développé dans les années 90 et utilisé avec succès lors de plusieurs vols en ballon.
L'instrument comporte une partie ionisation chimique active, un système de transport d'ions et une partie capteur d'ions. La partie ionisation, développée au sein du projet SIDAMS, met en œuvre 2 techniques d'ionisation : une source d'ions à décharge et une source d'ions photon-électron.
La source d'ions à décharge peut basculer entre différents flux de gaz pour produire différents types d'ions.
