The Fast Plasma Investigation (FPI) was developed for flight on the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission to measure the differential directional flux of magnetospheric electrons and ions with unprecedented time resolution to resolve kinetic-scale plasma dynamics. This increased resolution has been accomplished by placing four dual 180-degree top hat spectrometers for electrons and four dual 180-degree top hat spectrometers for ions around the periphery of each of four MMS spacecraft. Using electrostatic field-of-view deflection, the eight spectrometers for each species together provide 4pi-sr field-of-view with, at worst, 11.25-degree sample spacing. Energy/charge sampling is provided by swept electrostatic energy/charge selection over the range from 10 eV/q to 30000 eV/q. The eight dual spectrometers on each spacecraft are controlled and interrogated by a single block redundant Instrument Data Processing Unit, which in turn interfaces to the observatory's Instrument Suite Central Instrument Data Processor. This paper describes the design of FPI, its ground and in-flight calibration, its operational concept, and its data products.

The Radiation Belt Storm Probes (RBSP)-Energetic Particle, Composition, and Thermal Plasma (ECT) suite contains an innovative complement of particle instruments to ensure the highest quality measurements ever made in the inner magnetosphere and radiation belts. The coordinated RBSP-ECT particle measurements, analyzed in combination with fields and waves observations and state-of-the-art theory and modeling, are necessary for understanding the acceleration, global distribution, and variability of radiation belt electrons and ions, key science objectives of NASA’s Living With a Star program and the Van Allen Probes mission. The RBSP-ECT suite consists of three highly-coordinated instruments: the Magnetic Electron Ion Spectrometer (MagEIS), the Helium Oxygen Proton Electron (HOPE) sensor, and the Relativistic Electron Proton Telescope (REPT). Collectively they cover, continuously, the full electron and ion spectra from one eV to 10’s of MeV with sufficient energy resolution, pitch angle coverage and resolution, and with composition measurements in the critical energy range up to 50 keV and also from a few to 50 MeV/nucleon. All three instruments are based on measurement techniques proven in the radiation belts. The instruments use those proven techniques along with innovative new designs, optimized for operation in the most extreme conditions in order to provide unambiguous separation of ions and electrons and clean energy responses even in the presence of extreme penetrating background environments. The design, fabrication and operation of ECT spaceflight instrumentation in the harsh radiation belt environment ensure that particle measurements have the fidelity needed for closure in answering key mission science questions. ECT instrument details are provided in companion papers in this same issue. In this paper, we describe the science objectives of the RBSP-ECT instrument suite on the Van Allen Probe spacecraft within the context of the overall mission objectives, indicate how the characteristics of the instruments satisfy the requirements to achieve these objectives, provide information about science data collection and dissemination, and conclude with a description of some early mission results.

The HOPE mass spectrometer of the Radiation Belt Storm Probes (RBSP) mission (renamed the Van Allen Probes) is designed to measure the in situ plasma ion and electron fluxes over 4π sr at each RBSP spacecraft within the terrestrial radiation belts. The scientific goal is to understand the underlying physical processes that govern the radiation belt structure and dynamics. Spectral measurements for both ions and electrons are acquired over 1 eV to 50 keV in 36 log-spaced steps at an energy resolution ΔE FWHM/E≈15 %. The dominant ion species (H+, He+, and O+) of the magnetosphere are identified using foil-based time-of-flight (TOF) mass spectrometry with channel electron multiplier (CEM) detectors. Angular measurements are derived using five polar pixels coplanar with the spacecraft spin axis, and up to 16 azimuthal bins are acquired for each polar pixel over time as the spacecraft spins. Ion and electron measurements are acquired on alternate spacecraft spins. HOPE incorporates several new methods to minimize and monitor the background induced by penetrating particles in the harsh environment of the radiation belts. The absolute efficiencies of detection are continuously monitored, enabling precise, quantitative measurements of electron and ion fluxes and ion species abundances throughout the mission. We describe the engineering approaches for plasma measurements in the radiation belts and present summaries of HOPE measurement strategy and performance.