Une nouvelle horloge orbitale de la NASA devrait faciliter la navigation des sondes dans les profondeurs de l’espace
Les Terriens peuvent généralement compter sur le GPS pour trouver leur chemin, mais les engins spatiaux volant au-delà de notre planète ne profitent pas de ce luxe : ils doivent actuellement recevoir des signaux de navigation de la Terre, puis les renvoyer. Des horloges atomiques ultra-précises au sol mesurent le temps que mettent les signaux à rebondir et, sachant que ces derniers voyagent à la vitesse de la lumière, les astronomes peuvent calculer la position du vaisseau spatial, la vitesse à laquelle il se déplace et comment ajuster sa trajectoire.
Mais plus un vaisseau spatial est éloigné de la Terre, plus les signaux mettent du temps à voyager. Une horloge atomique précise embarquée permettrait à un vaisseau spatial de calculer sa propre vitesse et sa propre position, ce qui rendrait la navigation vers Mars et au-delà beaucoup plus rapide et plus facile.
De telles horloges doivent être précises à quelques milliardièmes de seconde près, et super stables (ce qui signifie que leur mesure d’une unité de temps donnée ne peut pas changer).
La réponse de la NASA à ce problème est la Deep Space Atomic Clock. Lancée en orbite en 2019, elle est un peu différente des autres horloges atomiques, qui reposent sur la mesure d’atomes confinés dans une boîte, les vibrations des atomes agissant un peu comme le pendule d’une horloge à balancier. Avec le temps, cependant, les collisions des atomes avec la paroi de la boîte affectent la stabilité de l’horloge.
L’horloge atomique de la NASA ne mesure qu’environ 25 centimètres de chaque côté. (NASA/JPL-Caltech)
La Deep Space Atomic Clock élimine ce problème en confinant les atomes de façon électromagnétique dans un modèle dit « à ions piégés ».
Cette nouvelle recherche, dirigée par Eric Burt du Jet Propulsion Laboratory de la NASA aux États-Unis, présente les résultats de la première année de l’horloge en orbite autour de la Terre, au cours de laquelle l’équipe a testé sa réaction à l’environnement hostile de l’espace.
L’étude (lien plus bas) a révélé que la stabilité à court et à long terme de l’horloge était jusqu’à 10 fois supérieure à celle des autres horloges actuelles, ce qui nous rapproche un peu plus de la navigation unidirectionnelle dans l’espace lointain.
Cette nouvelle recherche a révélé que l’horloge n’était pratiquement pas affectée par les extrêmes de l’orbite. En fait, les chercheurs écrivent qu’elle est « particulièrement adaptée à l’environnement spatial en raison de sa faible sensibilité aux variations de rayonnement, de température et de champs magnétiques ».
L’horloge atomique de la NASA fonctionne à bord du satellite General Atomics Orbital Test Bed depuis juin 2019. Cette illustration présente le satellite en orbite terrestre. (General Atomics Electromagnetic Systems)
Ils concluent :
Ce niveau de performance de l’horloge spatiale permettra une navigation unidirectionnelle dans laquelle les temps de retard des signaux sont mesurés in situ, rendant possible la navigation en temps quasi réel des sondes de l’espace profond.
les scientifiques de la NASA ont annoncé que leur Deep Space Atomic Clock est jusqu’à 10 fois plus précise que toutes les autres conceptions d’horloges atomiques.
L’étude publiée dans Nature : Demonstration of a trapped-ion atomic clock in space et présentée sur le site du Jet Propulsion Laboratory : Deep Space Atomic Clock Moves Toward Increased Spacecraft Autonomy.