Study and Simulations of Spacecraft/Plasma Interaction Phenomena and their Effects on Low Energy Plasma Measurements
Etude et Simulations des Phénomènes d'Interactions Satellite/Plasma et de leurs Impacts sur les Mesures de Plasmas Basses Energies
Résumé
Scientific satellites immersed in various space environments are surrounded by plasmas which they are supposed to analyze, using instruments such as particle detectors. The presence of these structures within the plasma leads to a variety of complex and inter-correlated spacecraft/plasma interactions. The space plasma modifies the satellite which in return disturbs its close environment. On-board instruments measure a perturbed plasma and it is difficult to distinguish the natural signal from biased measurements. The objective of this thesis is to study and improve the understanding of the spacecraft/plasma interactions, through numerical simulations performed with the SPIS software, on the low energy domain (<100 eV), as those particles are the most perturbed. The aim is to understand plasma measurements on realistic cases, by establishing a methodology of simulating those issues. I simulate interactions between the Solar Probe Plus, Solar Orbiter, Cluster missions and their respective environments, including the associated measurements. The analysis of the obtained results allows the understanding of the various cases and the validation of the methodology developed during this work.
Les satellites scientifiques sont immergés dans divers environnements spatiaux, entourés par des plasmas qu'ils sont supposés analyser, en utilisant des instruments de types détecteurs de particules. La présence de ces structures dans le plasma conduit à une variété d'interactions satellite/plasma complexes et inter-corrélées. L'environnement spatial influence la structure du satellite qui modifie son environnement. Les instruments embarqués mesurent un environnement perturbé et il est difficile de distinguer le signal naturel des mesures biaisées. Le but est d'étudier et d'améliorer la compréhension des interactions satellite/plasma, au moyen de simulations numériques effectuées avec le logiciel SPIS pour les basses énergies (<100 eV) puisque ces particules sont les plus affectées par les perturbations. L'objectif est de comprendre les mesures de plasmas sur des cas réalistes, en établissant une méthodologie de simulation de ces problématiques. Je simule les interactions ayant lieu entre les missions Solar Probe Plus, Solar Orbiter, Cluster dans leurs environnements respectifs et les mesures associées. L'analyse des résultats obtenus et leurs comparaisons à des données réelles permettent de comprendre les différents cas de figure et de valider la méthodologie développée au cours de cette thèse.
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