Fonctions de l’instrument

Le rôle de l'instrument embarqué T2L2 était de détecter puis de dater l'instant d'arrivée d'impulsions laser émises depuis les stations de télémétrie au sol. Pour cela, il réalisait les opérations suivantes :

• mesure du flux d'albédo terrestre afin de déterminer le niveau résiduel de bruit lumineux en dessous duquel il n’était pas possible de discerner une impulsion laser et d'ajuster en conséquence le seuil de détection de l'impulsion ;
• détection d'une impulsion, c'est-à-dire d'un signal lumineux qui se détachait suffisamment du bruit ambiant ;
• mesure de l'énergie lumineuse associée à l'impulsion laser ;
• génération, à partir du signal lumineux, du signal électrique à dater ;
• datation grossière et fine du signal électrique dans la base de temps locale de l'instrument.

Pour réaliser cela, l'instrument T2L2 reposait sur trois fonctions principales :

• un dispositif de détection linéaire, architecturé autour d'un photodétecteur utilisé en mode gain linéaire, qui assurait tout à la fois la mesure du flux d'albédo terrestre, la détection de l'impulsion lumineuse et la mesure de son énergie ;
• un dispositif de détection non linéaire, architecturé autour d'un photodétecteur utilisé en mode Geiger, qui assurait la conversion du pulse laser en pulse électrique ;
• un dispositif de datation composé d'un compteur binaire et d'un vernier électronique qui assurait les datations grossières et fines du signal électrique. Ce dispositif était synchronisé par une horloge externe à 10 MHz.

Le tout était complété par une électronique de servitude qui assurait le contrôle du fonctionnement de l'instrument, la collecte des données scientifiques et de surveillance, la communication avec le satellite et la génération des tensions d'alimentation.

Il en découlait l'architecture de l'instrument T2L2 décrite dans la Figure ci-dessous. Nous y retrouvons les deux principaux éléments :

• l'ensemble optique comprenant deux boîtiers "Voie Non Linéaire" et "Voie Linéaire", intégré sur une platine qui supportait aussi les éléments du contrôle thermique actif. Il était positionné à l'extérieur du module charge utile, à l'extrémité d'un mât et en regard de la Terre ;
• le boîtier électronique, placé à l'intérieur du module charge utile sur le même mur que l'instrument DORIS auquel il était relié via le signal d'horloge à 10 MHz.

Ensemble optique

L'ensemble optique de l'instrument T2L2 se décomposait en trois éléments :

• Le boîtier optique de la voie non-linéaire qui collectait et filtrait une partie de l'impulsion laser et la transportait, via une fibre optique vers le boîtier électronique. Il abritait l'optique de collection de l'impulsion laser, qui possédait un champ de vue de ± 55 °, et d'injection de la fibre optique ;
• Le boîtier optique de la voie linéaire qui collectait et filtrait une partie de l'impulsion laser vers le photodétecteur linéaire qui assurait la mesure du bruit solaire et la génération des signaux nécessaires à la détection et à la mesure de l'amplitude de l'impulsion. Il comprenait l'optique de couplage et l'électronique de proximité du photodétecteur. Cette électronique assurait la mise en forme des signaux électriques ;
• Les éléments du Contrôle Thermique Actif, thermistances et réchauffeurs, nécessaires au maintien des boîtiers optiques dans leur gamme de température nominale de fonctionnement. Ces éléments étaient pilotés directement par la plateforme PROTEUS.

Il existait une contrainte de co-alignement de ces deux boîtiers à 0,1°. Il fallait de plus assurer que le rapport entre le flux reçu par la détection linéaire et le flux reçu par la détection non linéaire reste constant (à 10% près) quelles que soient l'incidence du flux lumineux et l'orientation de sa polarisation.

Le principe de fonctionnement qui reposait sur l'utilisation du LRA, déjà implanté sur Jason-2, nécessitait de positionner les boîtiers optiques au plus près du LRA. Ensuite, l'attitude du satellite devait être prise en compte lors des calculs de transfert de temps pour compenser la différence de chemin optique entre la station laser et le point de référence optique du LRA d'une part et le point de référence de datation du boîtier optique non linéaire d'autre part.

Boîtier électronique

Le boîtier électronique de l'instrument T2L2 se composait de 4 éléments :

• Le module optique recevait la lumière collectée par le boîtier optique de la voie non linéaire et la focalisait sur le photodétecteur non linéaire. Il était constitué d'une ligne à retard optique, fibre optique enroulée sur un touret, et d'une optique de couplage du photodétecteur. Afin de garantir un bon rapport signal sur bruit, cette optique était équipée d'un filtre interférentiel étroit, 2 nm, centré autour de la longueur d'onde du laser ;
• L'électronique de détection pilotait le fonctionnement des deux photodétecteurs, ajustement du seuil de détection, déclenchement du photodétecteur non linéaire, et assurait le traitement des signaux électriques, mesurait de l'énergie en particulier, qui en étaient issus ;
• L'électronique de datation, cœur de l'instrument T2L2, était organisée autour d'un compteur logique et d'un vernier qui assuraient la datation grossière et fine des événements, optiques ou électriques, détectés par l'instrument. Le compteur comme le vernier étaient pilotés par une horloge synthétisée à partir du signal 10 MHz fourni par l'horloge externe constituée par l'OUS DORIS. Cette électronique gérait aussi l'ensemble du processus de calibration interne de l'instrument ;
• L'électronique de servitude regroupait les fonctions de gestion de l'instrument, pilotage des fonctions de datation et de détection, acquisition des données de datation, numérisation des télémesures, communication avec le satellite, de la distribution de l'énergie, à partir de 28 V Jason-2.