画像（宇宙船）

IMAGEミッションの極端紫外線撮像装置（EUV）は、30.4 nmの共鳴散乱放射を検出することで、地球プラズマスフィアにおけるHe+の分布を観測します。地球プラズマスフィアの低温プラズマの構造とダイナミクスをグローバルスケールで記録します。30.4 nmの特徴は、プラズマスフィアからの最も明るいイオン放射であり、スペクトル的に分離されており、その波長でのバックグラウンドが無視できるため、比較的測定が容易です。プラズマスフィアのHe+放射は光学的に薄いため、その明るさはHe+の柱状存在量に直接比例するため、測定結果の解釈は容易です。プラズマスフィアのHe+を効果的に画像化するには、EUVの高い遠地点と広い視野により、1回の露光でプラズマスフィア全体のマップが得られるグローバルな「スナップショット」が必要です。EUVは、それぞれ直径30°の視野を持つ3つの同一のセンサーヘッドで構成されています。これらのセンサーは互いに傾斜しており、衛星の自転によってプラズマスフィアを横切って掃引される84°×30°の扇形の視野をカバーします。EUVの空間分解能は、遠地点から見た赤道面で0.1 R _Eの0.6°です。感度は1.9カウント/秒レイリーで、10分の時間分解能でプラズマポーズの位置をマッピングするのに十分です。^{[ 13 ]}

IMAGE衛星の観測機器には、3つの遠紫外線（FUV）観測機器が含まれています。波長120～190nmの領域では 、下方視オーロラ撮像装置は太陽光、雲や地面からの散乱光による汚染が最小限に抑えられ、高緯度昼光が存在する状況下でも天底視ジオメトリで観測されるオーロラの放射輝度を観測できます。広帯域撮像カメラ（WIC）は、オーロラのLBH N2バンドを撮像することで、空間分解能と時間分解能を最大限に高める広帯域紫外線画像を提供します。単色撮像装置である分光撮像装置（SI）は、波長でフィルタリングされた様々な種類のオーロラを撮像します。ドップラーシフトしたライマンαを測定することで、オーロラの陽子誘起成分を個別に撮像できます。最後に、GEO機器は、磁気圏における電荷交換のニュートラル背景密度源の尺度となる地磁気コロナ放射の分布を観測します。 FUV機器群は回転するIMAGE衛星から放射状に外側を向いているため、各回転（120秒周期）中にオーロラと地球を観測できる時間は短い。WIC、SI、GEOの詳細な説明と、それぞれの性能検証については、Space Science Reviews 2000年1月号を参照のこと。FUV機器の主な要件の一つは、光子収集効率を最大化し、露光に利用できる短い時間を効率的に利用することである。FUVオーロラ撮像装置WICとSIはどちらも広い視野を持ち、オーロラ領域が視野を通過する間、連続的にデータを取得する。データ量を最小限に抑えるため、複数の画像が撮影され、宇宙機の回転を補正するために各画像を適切にシフトして電子的に加算される。解像度の低下を最小限に抑えるため、WICとSIの両方で、加算前にリアルタイムで歪み補正を行う必要がある。歪み補正には、軌道上プロセッサが多項式関数に最小二乗法でフィッティングして事前に生成した高速ルックアップテーブルを使用する。機器は、付属論文で説明されているように、主に真空チャンバー内で、固定プラットフォーム上で個別に校正されました。軌道上での性能を推定するために、回転プラットフォームに搭載された可視光および近紫外線シミュレーターを使用して、広範な地上試験が実施されました。^{[ 14 ]}

IMAGEに搭載されている高エネルギー中性原子（HENA）イメージャーは、中性原子イメージングを用いて地球の磁気圏環境を観測するために設計された3つの機器のうちの1つです。HENA機器は、10～500 keVのエネルギー範囲におけるENAの速度、軌道、エネルギー、質量を測定し、これらのデータから内側磁気圏のENA発生源領域の画像を生成します。HENAの主な構成要素は、センサーとメイン電子ユニット（MEU）の2つです。HENAセンサーは、入射スリットの前に扇形に配置された交互に帯電した偏向板、3つのマイクロチャンネルプレート検出器（MCP）、固体検出器（SSD）、2つのカーボンシリコンポリイミド箔（1つは入射スリットに、もう1つは背面MCPのすぐ前に配置）、および箔（またはSSD）から放出された二次電子をMCPに誘導するための一連のワイヤと電極で構成されています。 MCPと偏向板、および二次電子の方向制御のための電力は、センサー内に設置された高電圧電源によって供給されます。MEUには、HENAのデータ処理ユニット（DPU）、アナログ電子回路（センサーからの信号を増幅および処理し、ハウスキーピング監視を実行する）、アナログ-デジタル変換器、および低電圧電源が含まれています。^{[ 15 ]}

HENAは、検出したENAの飛行時間（ToF）とセンサーを通過する軌跡（入射スリットから背面箔および2次元イメージングMCP検出器、またはSSDまで）を測定することによって、ENAの速度を決定します。入射ENAが入射箔を通過すると、二次電子が生成され、加速されて前面イメージングMCPに誘導されます。このMCP（「スタート」MCP）は、TOF解析の開始信号を提供し、ENAが入射スリットを通過した位置を記録します。その後、ENAはセンサーを通過してバックプレーンに進み、2次元イメージングMCPの前面にある箔またはSSDに衝突します。最初のケースでは、背面箔から放出された二次電子が2次元イメージングMCPで停止パルスをトリガーし、入射ENAの位置も記録します。ENAが代わりにSSDに衝突した場合、衝突によって放出された二次電子は「同時計数」MCPに誘導され、TOF停止信号を提供します。衝突位置はSSDによって記録されます。開始信号と停止信号はMEU内のアナログToFエレクトロニクスによって処理され、DPUへの入力用にデジタル化されます。開始パルスと停止パルスはENAの飛行時間を示し、位置測定値はセンサー内の軌跡、ひいては経路長を明らかにします。飛行時間と経路長の2つの情報を用いて、HENAはENAの速度を計算できます。入射ENAのエネルギーはSSDで測定されます。ENAがSSDに衝突すると、電流パルスが発生します。このパルスの振幅（パルス高さ）は、ENAがSSD結晶に蓄積するエネルギー量に正比例します。したがって、パルス高さを分析することで、HENAはSSDに入射するENAのエネルギーを決定できます。質量はエネルギーの2倍を速度の2乗で割った値に等しいので、ENAのエネルギーと速度が決定されれば、その質量を計算できます。速度とSSDエネルギー測定値から質量を計算することは、HENAが物質の組成を決定するために使用する主要な手法です。 ENAs。2つ目の手法では、MCP信号のパルス高さを使用して、磁気圏で最も一般的な中性原子である酸素と水素を区別します。^{[ 15 ]}

IMAGE衛星に搭載されている低エネルギー中性原子（LENA）イメージャーは、中性原子イメージングを用いて地球の磁気圏環境を観測するために設計された3つの機器のうちの1つです。LENAの目的は、(1)電子、イオン、紫外線の干渉を受けずに中性粒子を測定すること、(2)中性陽子を酸素から区別すること、(3)広範囲の地方時において5分間隔でイオン流出量を決定すること、(4)10 eVという低エネルギーを高計数統計で測定することです。LENA機器は、コリメータ、変換ユニット、抽出レンズ、分散型エネルギーアナライザー、および位置検出機能を備えた飛行時間型質量アナライザーで構成されています。中性粒子は、荷電粒子をフィルタリングするコリメータを通して機器に入ります。LENAは、タングステン表面からのほぼ鏡面反射によって中性粒子を負イオンに変換します。表面からの負イオンは、抽出レンズによって収集され、同じエネルギーを持つすべての負イオンが固定位置に集束されます。抽出レンズ内で、イオンは静電アナライザーに入る前に20 kVで加速されます。最後に、イオンは飛行時間/位置検出セクションを通過し、そこでイオンの質量、エネルギー、および角度が決定されます。^{[ 16 ]}

IMAGEに搭載されている中エネルギー中性原子（MENA）イメージャーは、中性原子イメージングを用いて地球の磁気圏環境を観測するために設計された3つの機器のうちの1つです。MENAは、1～30 keVのエネルギー範囲の高エネルギー中性水素原子と酸素原子を検出するように設計されたスリット型イメージャーです。この機器は、入射するENAの飛行時間と入射角を決定します。これらの生データから、ENAの軌道と速度を計算し、ENAが放出された磁気圏領域の画像を生成します。イメージャーは、DPUに取り付けられた3つの同一のセンサーヘッドで構成されています。3つのセンサーヘッドは、DPUの上に横並びに取り付けられています。中央のセンサーは、スピン軸の平面で107°の視野を持ち、正面を向いています。両側の2つのセンサーの視線方向は、中央のセンサーの視線方向から20°ずれています。この20°のずれは、各検出器の中心にある20°の死角を補正します。スピン軸の平面における結果として得られる視野は 147° です。MENA DPU は、4.91 MHz で動作する単一の 16 ビット Harris RTX2010マイクロコントローラ 、生データを処理するために使用されるルックアップ テーブル、低電圧電源、高電圧コントローラ、および 3 つのセンサーそれぞれについて、フロントエンドの飛行時間およびパルス高さエレクトロニクスと高電圧電源で構成されています。DPU はセンサー ヘッドおよび中央機器データ プロセッサ (CIDP) と通信します。機器の健全性と安全性を監視し、生センサー データを受信して​​処理し、2 分ごと (つまり、宇宙船のスピン周期ごと) に 1 つの画像を生成します。この画像と、選択された生センサー データ、イベント レート データ、およびハウスキーピング データとともに、地球へのダウンリンクのために CIDP に送信します。^{[ 17 ]}

電波プラズマイメージャー（RPI）は、電波パルスを用いて地球磁場のほぼ全域を「探査」しました。先端から先端まで502メートル（1,647フィート）のアンテナを備えたこの装置は、宇宙空間に打ち上げられたセンサーの中でも最大級のものです。警察官のレーダー探知機のように、RPIの10ワット送信機は電波バーストを発信し、プラズマ圏の外側境界から地球磁場が太陽風の影響を受ける境界まで、荷電粒子の雲に反射させました。RPIの「レーダー」は、3キロヘルツ（サイクル/秒）から3メガヘルツまでのスペクトルをスキャンし、AMラジオ帯域全体とその先をカバーします。5分ごとに、遠方のプラズマ雲の方向、速度、密度に関する情報を含む、反射された電波信号から画像が作成されました。この装置は、マサチューセッツ大学ローウェル校のボド・ライニッシュ博士率いるチームによって開発されました。中央機器データプロセッサ（CIDP）は、すべてのイメージャーからの科学データの取得、圧縮、保存、テレメトリフォーマットを提供し、イメージャーにコマンドをルーティングし、宇宙船システムとインターフェースします。CIDPはSwRIによって開発されました。^{[ 10 ]}