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La boîte électronique (eBOX)

Le cerveau électronique de SEIS

Carte électronique de rétroaction située dans la boîte électronique eBOX (© IPGP)Carte électronique de rétroaction située dans la boîte électronique eBOX (© IPGP)

Si une petite partie de l'électronique qui contrôle le sismomètre SEIS a été installé à proximité de la sphère renfermant les pendules (l'électronique de proximité dont le rôle est de pré-amplifier les signaux), la majeure partie a été déportée sur l'atterrisseur InSight, à l'intérieur d'un boitier appelé eBOX.

D'un poids de 5 kilos et placée au chaud à l'intérieur d'un compartiment spécialement adapté où elle peut fonctionner sans être inquiétée des rigueurs du climat martien, l'eBOX protège neuf cartes électroniques, absolument vitales pour le fonctionnement de SEIS.

Carte D/C

La première carte électronique (D/C) contrôle l'alimentation en énergie de l'instrument SEIS. Elle reçoit de la part de l'atterrisseur un courant de 28 volts, qu'elle convertit en différentes tensions nécessaires au fonctionnement des différents composants du sismomètre. Etant donné son importance, cette carte est présente en deux exemplaires, pour des questions de redondance. Si un dysfonctionnement se produit sur la première carte, la seconde carte identique peut être utilisée en secours.

La plupart du temps, l'atterrisseur InSight sera en sommeil, et il n'est prévu de le réveiller que quelques heures par jour, en particulier pour transmettre les données recueillies par les instruments et activer des capteurs. Lors des phases de sommeil, SEIS sera totalement autonome, et la carte d'alimentation, branchée directement sur les batteries de l'atterrisseur, doit donc fonctionner avec une très grande fiabilité.

Carte A/C

Vue extérieure de la boite électronique eBox (© ETHZ)Vue extérieure de la boite électronique eBox (© ETHZ)

La seconde carte (A/C) est responsable de l'acquisition des données et du contrôle de l'instrument. Elle est interfacée avec les cartes électroniques de rétroaction, ainsi que celles dédiées au système de mise à niveau et aux micro-capteurs SP.

C'est de cette carte que proviennent les ordres de démarrage d'un pendule VBB, ou que s'effectue la sélection des deux modes de fonctionnement de SEIS : le mode d'ingénierie (grâce auquel l'instrument peut être paramétré) et le mode scientifique, qui permet l'acquisition des signaux sismiques.

La carte A/C offre également d'autres fonctions, comme la détection de court-circuit, ou la collecte des données provenant des capteurs environnementaux, tel que les sondes de température et diverses tensions d'alimentation, y compris la puissance délivrée par l'atterrisseur à l'expérience SEIS. Elle est reliée au système de gestion des commandes et données de l'atterrisseur InSight (C&DH, Command and Data Handling), et, comme la carte D/C précédente, elle est également redondée.

Cartes de rétroaction

Le boitier électronique eBOX accueille ensuite trois cartes électroniques dites de rétroaction, une par pendule VBB.

Couplées au dispositif de rétroaction (composé d'un aimant et d'un ensemble de 3 bobines) qui équipe chaque pendule, ces cartes assurent la gestion de la boucle de contre-réaction. Cette dernière fait en sorte qu'à chaque instant, le moindre mouvement de la masse mobile soit contrebalancé par une force exactement opposée, les pendules étant ainsi assurés d'être en permanence ramenés à leur position d'équilibre.

Le mécanisme de rétroaction est essentiel, car c'est de lui que proviennent les mesures sismiques. Ce qui est véritablement lus par les cartes électroniques et envoyés sur Terre aux scientifiques n'est autre que la valeur de la force de rappel qui sert à tout instant à ramener la masse mobile à sa position d'équilibre. Le dispositif de contre-réaction a aussi pour avantage d'optimiser les performances des pendules VBB, et de réduire de plus d'un facteur 100 l'effet des variations de température sur les propriétés mécaniques de ces derniers.

Carte SP / LVL

Détail de la carte de contrôle de la boucle de contre-réaction (© IPGP)Détail de la carte de contrôle de la boucle de contre-réaction (© IPGP)

Les deux dernières cartes qui sont enfichées au sein de la boîte électronique sont responsables de la gestion du sismomètre SP à courte période, lui aussi contre-réactionné, ainsi que du contrôle du mécanisme de mise à niveau.

Les trois pendules VBB à très longues périodes enfermés dans la sphère sont effectivement épaulés par trois micro-sismomètres sensibles aux courtes périodes. Etant un peu moins critique que les pendules VBB, des composants électroniques non spatiaux ont pu être utilisés, après avoir bien entendu subi un cycle drastique de qualification. D'un volume plus faible que celui des VBB, les trois sismomètres SP peuvent ainsi s'appuyer sur une seule carte électronique pour leurs trois circuits respectifs de contre-réaction.

Ni les capteurs VBB ou les capteurs SP ne sont redondés. Ils partagent cependant tout deux la même gamme de mesures entre 100 secondes et 0,02 secondes, avec de meilleures performances pour les SP sur des périodes plus faibles que 0,2 secondes, et à l'inverse, de meilleures performances pour les VBB sur des périodes plus grandes que 0,2 secondes. Si l'un des six axes venait à tomber en panne à cause d'un dysfonctionnement, il sera de fait remplacé par les survivants, et la mesure tri-axiale de l'accélération du sol martien sera donc maintenue.

Le mécanisme de  mise à niveau (LVL) dispose de sa propre carte électronique de contrôle. Ce dispositif va permettre, grâce à l'action de trois pieds motorisés, d'aligner avec une grande précision l'instrument SEIS avec l'horizontale, et donc la gravité martienne. Etant donné que ce mécanisme ne sera mis en oeuvre qu'au tout début de la mission, après la dépose au sol de l'instrument par le bras robotique, la carte électronique de contrôle n'a pas été redondée.

Un faible niveau de bruit électronique

L'une des caractéristiques de l'eBOX est d'être capable d'acquérir les signaux du sismomètre avec un très faible niveau de bruit. Etant donné l'impact qu'il peut avoir sur les performances des capteurs, le bruit électronique généré par les cartes a fait l'objet d'une attention toute particulière par les ingénieurs électroniciens. C'est ainsi que pour les cartes de rétroaction, des condensateurs de qualité spatiale et d'une très faible sensibilité thermique ont été conçus et fabriqués sur mesure.

L'eBOX est placée sous la responsabilité de l'Institut Fédéral Suisse de Technologie (ETHZ), qui a également réalisé les cartes d'acquisition (A/C), d'alimentation (D/C) ainsi que l'électronique de contrôle des sondes de température. De leur côté, les cartes de contre-réaction ont été conçues par les différentes équipes responsables des capteurs sismiques. Celles qui gèrent les pendules VBB ont été mises au point par l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) en France et réalisées par la société toulousaine EREMS. L'Angleterre a fourni la carte de contrôle des sismomètres SP, tandis que les allemands ont développé celle contrôlant le mécanisme de mise à niveau.

Dernière mise à jour : 25 octobre 2016

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