A method of measuring the total D.C. electric field in the vicinity of a spacecraft using artificially injected charged particles

Michel Pirre (1, 2) , Michel Hamelin (1) , T.R. Sanderson (3) , G.L. Webb (3)

1 CRPE - Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire
2 LPCE - Laboratoire de physique et chimie de l'environnement
3 ESTEC - European Space Research and Technology Centre

(ENG) A method of measuring both the perpendicular and parallel D.C. electric field in the vicinity of a spacecraft using artificially injected . charged particles is presented. This method uses a rendezvous between the spacecraft and injected particles after a number of complete gyrations around the magnetic field plus one partial gyration, to measure the field and potential structure at short distances (up to few kilometers or tenth of kilometers) from the spacecraft. The solutions of the rendezvous problem are derived in the general case, and in realistic cases related to possible potential structure due for example to anomalous resistivity and electrostatic shocks. The charac- teristics of the measurements are evaiuated,in particular the echo delay time of the particles (and hence the time resolution) and the sensitivity (i.e. the minimum electric field, the extent and the magnitude of the potential measurable). Among other, the minimum parallel electric field ( v 1 mV/m) and the minimum time resolution ( v 20 ms) are found to the very suitable to describe potential structures associated with anomalous resistivity and electrostatic shocks. Finally the requirements for guns and detectors are eval uated i.e. their orien- tations, the beam intensity and the detectors time resolution and sensitivity. (FRE) On présente une méthode de mesure des composantes perpen- diculaire et parallèle du champ électrique continu au voisinage d'un engin spatial, utilisant des particules chargées injectées artificiellement. La méthode utilise le rendez-vous entre un engin spatial et des particules injectées effec- tuant un nombre entier de rotations autour du champ magnétique plus une rotation partielle, pour mesurer le champ et la structure du potentiel à de faibles distances (jusqu'à quelques kilomètres ou des dizaines de kilomètres) de l'engin spatial. Les solutions du problème de rendez-vous sont obtenues dans le cas général puis dans des cas pratiques associés à des structures du potentiel possibles dues par exemple à la résistivité anormale ou à des chocs électro- statiques. Les caractéristiques de la mesure sont évaluées et en particulier le temps d'aller et retour des particules (par conséquent la résolution temporelle) et la sensibilité (c'est-à-dire le champ électrique minimum, l'étendue et la valeur du potentiel, mesurables). La valeur minimum de la composante parallèle du champ électrique ('" 1 mV/m) et la résolution temporelle minimum ( w20 ms) entre autres sont parfaitement bien adaptées pour décrire les structures du potentiel associées avec les phénomènes de résistivité anormale et de chocs électrostatiques. Finalement les caractéristiques nécessaires des canons et des détecteurs sont évaluées, c'est-à-dire leur orientation, l'intensité des faisceaux, la résolution temporelle et la sensibilité des détecteurs.

Domaines: Sciences de la Terre

Michel Pirre, Michel Hamelin, T.R. Sanderson, G.L. Webb. A method of measuring the total D.C. electric field in the vicinity of a spacecraft using artificially injected charged particles. [Rapport de recherche] Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire (CRPE). 1979, 41 p., figures, graphiques. ⟨hal-02191807⟩