5.2 Calculs des altitudes sondées
5.2.1 Format de stockage du temps
5.2.3 Calcul des altitudes . . . 38
5.1
Le système SPICE
Le système SPICE ( Spacecraft Planet Instrument C-matrix Events) a été conçu à partir de 1991 par le service NAIF (Navigation Ancillary Information Facility) de la NASA, basé au Jet Propulson Laboratory (JPL).
L’objectif de SPICE est d’assister les scientifiques dans la préparation et l’utilisation des observations spatiales. D’une part, il facilite les opérations en vol telles que le pointage des instruments et d’autre part, il permet la reconstruction de la géométrie des observations, ce qui facilite l’analyse et l’interprétation des données, ainsi que la corrélation des observations entre elles. Aujourd’hui, les capacités de SPICE couvrent l’ensemble du cycle de vie d’une mission, du développement du concept à l’archivage des données. SPICE s’occupe de la gestion et du traitement des données auxiliaires d’une mission. Ces données auxiliaires (ancillary data en anglais) sont les informations d’ingéniérie des instruments et des sondes spatiales, de géométrie, d’éphémeride, etc. On peut citer par exemple, la position d’une sonde à un instant donné, l’orientation de ses instruments et les caractéristiques physiques (taille, position, rotation) des objets du système solaire.
SPICE est principalement utilisé en support des missions d’exploration du système solaire de la NASA, mais aussi de certaines missions de l’ESA (Mars Express, Rosetta, Venus Express, etc). Il est employé pour l’archivage des données auxiliaires par la NASA dans le Planetary Data
System (PDS), ainsi que dans le système d’archivage de l’ESA (Planetray Science Archive). Le
système SPICE est maintenu par le NAIF/NASA, distribué librement et fortement documenté (disponible à http ://naif.jpl.nasa.gov/naif/pds.html).
SPICE fournit un grand nombre de routines que les utilisateurs peuvent inclure dans leurs propres programmes en Fortran, en C, en IDL ou en Matlab. Ces routines permettent de ré- cupérer des données auxiliaires comme les informations de pointage et d’attitude et de calculer entre autre des altitudes, des longitudes/latitudes, des angles de phase ou d’incidence, etc.
Les données auxiliaires sont stockées dans des fichiers textes ou binaires appelés kernels. Il existe dix types de kernels qui permettent de différencier les types d’informations stockées. Au départ de tout programme utilisant les routines SPICE, il y a chargement, c’est à dire mise en mémoire, des kernels SPICE nécessaires aux calculs prévus. Certains kernels sont généraux car ils contiennent par exemple les positions des objets du système solaire telles que prévues par les éphemérides ou la définition de certains référentiels. D’autres kernels sont dépendants de la mission : ils concernent par exemple l’orientation de la sonde et de ses instruments. Le nombre kernels est élevé car chaque fichier couvre en général une période de temps relativement courte (quelques jours ou semaines). Il faut donc être attentif au choix des kernels.
Une fois les principaux concepts compris, le système SPICE est un outil très puissant et facile d’emploi pour les calculs des positions relatives d’objets du système solaire. C’est donc l’outil utilisé pour les calculs de géométrie présentés ci-après.
5.2
Calculs des altitudes sondées
La courbe de lumière d’une occultation représente la variation du flux de l’étoile en fonction du temps ou de l’altitude de plus courte approche. Dans les données VIMS en mode occultation, le temps est stocké en même temps que l’image de l’étoile sur un pixel. Dans le cas des occultations solaires, en mode image, les temps de début et de fin d’acquisition du cube sont stockés dans l’entête des fichiers de données. Pour obtenir les altitudes correspondant à ces temps, il faut récupérer à chaque instant les positions relatives de la sonde Cassini, de Titan, du Soleil ou de l’étoile observée et le pointage de VIMS. Le système SPICE est utilisé pour ces calculs. Ensuite, on utilise le programme de tracé de rayon présenté à la section3.3.
5.2.1 Format de stockage du temps
Dans le cas des observations en mode occultation, les programmes de lecture de cubes récu- pèrent le temps de l’horloge interne de l’instrument VIMS. Ce temps est stocké dans un format spécifique composé d’un nombre de secondes et d’un nombre de ticks :
’nombre_de_secondes.nombre_de_ticks’
Les ticks sont des fractions de secondes. Pour l’horloge VIMS, 1 tickV IM S = 15 9591 s
En mode occultation, ces nombres de secondes et de ticks sont stockés dans les 8 derniers plans du cube de données réservés à cet usage (Cf section 4.2.3).
Le systeme SPICE utilise pour ces calculs le temps interne de la sonde Cassini et non le temps spécifique de chaque instrument. Ce temps, nommé spacecraft clock, est stocké dans les kernels de type SCLK sous la forme ’nombre_de_secondes.nombre_de_ticks’. Or, pour l’horloge de Cassini :
5.2 Calculs des altitudes sondées 37
Il faut donc convertir les temps de l’horloge VIMS en temps de l’horloge Cassini :
nombre de ticks′
Cassini′ = nombre de ticks′
V IM S′
×15 959256 (5.1)
Les temps de chaque image sont convertis en temps universel coordonné UTC et en temps d’éphéméride ET grâce aux routines SPICE cspice_et2utc et cspice_scs2e. Le temps d’éphé- méride, aussi appelé temps barycentrique, est une échelle de temps plus stable que le temps universel coordonné. Pour toute conversion entre les échelles de temps, le système SPICE prend en compte les secondes additionnelles quand cela est nécessaire. Il faut donc veiller à conserver un kernel (de type LSK) à jour avec la liste de ces secondes additionnelles.
Dans le cas des occultations solaires, on utilise le ’Native_start_time’ et le ’Native_stop_time’ inscrits dans l’entête des cubes. Ces temps correspondent au début (resp. à la fin) de l’exposition du premier (resp. dernier) pixel infrarouge. Ces deux temps sont convertis en temps ET et UTC pour chacun des cubes de l’observation. Puis on attribue à chaque cube le temps médian de l’intervalle de temps d’exposition.