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Caractérisation et analyse de l'environnement radiatif sur la Lune

Research Topic Chapter
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Ces dernières années ont vu un regain d'intérêt pour l'exploration de la Lune et la possibilité d'une exploitation commerciale de ses ressources. La modélisation de l'environnement radiatif de la Lune et de ses effets est un élément important pour la conception et la protection des ressources lunaires. Nous avons utilisé le système SPENVIS de l’ESA (SPace ENvironment Information System, développé par l’IASB, pour soutenir la conception d'un spectromètre miniature à fluorescence X (XRF) pour une mission future de l'ESA sur la Lune.
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SPENVIS fournit des interfaces vers divers modèles et outils pouvant être utilisés pour des études scientifiques et techniques liées à la caractérisation de l'environnement spatial et de ses effets.

Les utilisateurs de SPENVIS peuvent notamment:

  • utiliser ces outils pour vérifier les réponses des instruments et des détecteurs
  • optimiser la protection contre les rayonnements spatiaux
  • étudier les effets des rayonnements induits sur les composants des engins spatiaux

Déterminer les spécifications et analyser l'environnement radiatif de la Lune

Afin de soutenir le développement d'un spectromètre miniature à fluorescence X (XRF) pour une mission future de l'ESA sur la Lune, nous avons utilisé SPENVIS pour déterminer les spécifications et analyser l'environnement radiatif de la Lune. Nous savons que l'environnement radiatif est principalement dû aux rayons cosmiques galactiques (Galactic Cosmic Rays, GCR) et aux particules d'énergie solaire (Solar Energetic Particles, SEP) atteignant la surface de la Lune.

Cependant, il est important de regarder également les particules d'albédo lunaire telles que les neutrons, les protons et les électrons. Ces particules secondaires sont le résultat de l'interaction des particules incidentes de haute énergie avec le sol lunaire. Nous avons calculé les spectres de ces particules d'albédo en modélisant la surface lunaire (composition et géométrie) et en effectuant des simulations Monte Carlo Geant4 à l'aide des outils disponibles dans SPENVIS.

Effets potentiels de l'environnement radiatif estimé pour une mission sur la surface de la Lune

Enfin, nous avons examiné les effets potentiels de l'environnement radiatif de la Lune estimé pour une mission d'un an sur la surface de la Lune. Plus précisément, nous avons calculé pour les GCR et SEP les spectres de transfert d'énergie linéaire nécessaires pour estimer les taux de « Single Event Effects » dus à l'ionisation directe et les doses ionisantes totales annuelles dans un dispositif au silicium en fonction du blindage en aluminium.

Les résultats représentent des données importantes pour évaluer la dégradation des instruments/détecteurs et leur durée de vie opérationnelle sur la surface lunaire.

 

Reference:

De Donder, E., and Messios,N. Preparation of Enabling Space Technologies and Building Blocks: Lunar XRF Spectrometer. Lunar-XRF-WP13_RP, Issue 1.0, May 2020.

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Figure 2 caption (legend)
Graphique montrant la dose ionisante totale annuelle (TID) des protons primaires provenant de GCR et des événements SEP, et des particules rétrodiffusées secondaires générées dans le sol lunaire (De Donder et Messios, 2020). La dose de rayonnement est donnée en fonction de l'épaisseur de la couche d'aluminium protectrice. L’image de la Lune en arrière-plan est prise par la NASA.
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Figure 3 caption (legend)
Simulation SPENVIS Geant4 de l'interaction des protons GCR avec la Lune où le sol lunaire a été modélisé en cinq couches de régolithes d'épaisseurs et de densités différentes.