La NASA a activé une nouvelle horloge atomique spatiale ultra-précise qui, un jour, espère que l'agence aidera les vaisseaux spatiaux à se déplacer dans l'espace lointain sans dépendre des horloges liées à la Terre.
On l'appelle l'horloge atomique de l'espace profond (DSAC), et elle fonctionne en mesurant les comportements des ions mercure piégés dans son petit cadre. Il est en orbite depuis juin, mais il a été activé avec succès le 23 août. Ce n'est pas du tout flashy - juste une boîte grise de la taille d'un grille-pain à quatre tranches et pleine de fils, Jill Seubert, ingénieur en aérospatiale et une des responsables du projet à la NASA, a déclaré Live Science. Mais cette taille modeste est le point: Suebert et ses collègues travaillent à concevoir une horloge suffisamment petite pour être chargée sur n'importe quel vaisseau spatial et suffisamment précise pour guider des manœuvres complexes dans l'espace lointain sans aucune contribution de ses cousins de la taille d'un réfrigérateur sur Terre.
Vous avez besoin d'une horloge précise pour trouver votre chemin dans l'espace car elle est grande et vide. Il existe peu de repères permettant de juger de votre position ou de votre vitesse, et la plupart sont trop éloignés pour offrir des informations précises. Donc, chaque décision de faire tourner un navire ou de tirer ses propulseurs, a déclaré Seubert, commence par trois questions: Où suis-je? À quelle vitesse je bouge? Et dans quelle direction?
La meilleure façon de répondre à ces questions est de regarder des objets pour lesquels les réponses sont déjà connues, comme des émetteurs radio sur Terre ou des satellites GPS suivant des trajectoires orbitales connues dans l'espace. Envoyez un signal à la vitesse de la lumière avec l'heure exacte au point A et mesurez le temps qu'il faut pour arriver au point B. Cela vous indique la distance entre A et B.Envoyez deux signaux supplémentaires à partir de deux autres emplacements, et vous aurez suffisamment d'informations pour savoir exactement où se trouve le point B dans l'espace tridimensionnel. (Voici comment fonctionne le logiciel GPS sur votre téléphone: en vérifiant constamment les différences infimes dans les signatures temporelles diffusées par différents satellites en orbite.)
Pour naviguer dans l'espace, la NASA s'appuie actuellement sur un système similaire mais moins précis, a déclaré Seubert. La plupart des horloges atomiques et des équipements de diffusion se trouvent sur Terre et forment collectivement ce que l'on appelle le réseau spatial profond. La NASA ne peut donc généralement pas calculer la position et la vitesse d'un vaisseau spatial à partir de trois sources en une seule fois. Au lieu de cela, l'agence utilise une série de mesures alors que la Terre et le vaisseau spatial se déplacent dans l'espace au fil du temps pour fixer la direction et la position du vaisseau spatial.
Pour qu'un vaisseau spatial sache où il se trouve, il doit recevoir un signal du Deep Space Network, calculer le temps qu'il a fallu pour que le signal arrive et utiliser la vitesse de la lumière pour déterminer une distance. "Pour ce faire très précisément, vous doivent être en mesure de mesurer ces heures - les heures d'envoi et de réception du signal - aussi précisément que possible. Et sur le terrain, lorsque nous envoyons ces signaux depuis notre réseau spatial, nous avons des horloges atomiques très précises. et précis ", a déclaré Seubert. "Jusqu'à présent, les horloges que nous avons qui sont suffisamment petites et de faible puissance pour voler sur un vaisseau spatial, on les appelle des oscillateurs ultrastables, ce qui est tout à fait inapproprié. Ils ne sont pas ultrastables. Ils enregistrent ce signal - reçu du temps, mais il est très faible précision. "
Parce que les données de localisation à bord du vaisseau spatial sont si peu fiables, déterminer comment naviguer - quand allumer un propulseur ou changer de cap, par exemple - est beaucoup plus compliqué et doit être fait sur Terre. En d'autres termes, les gens sur Terre conduisent le vaisseau spatial à des centaines de milliers ou des millions de kilomètres.
"Mais si vous pouviez enregistrer très précisément l'heure du signal reçu à bord avec une horloge atomique, vous avez maintenant la possibilité de collecter toutes ces données de suivi à bord et de concevoir votre ordinateur et votre radio de telle sorte que le vaisseau spatial puisse se conduire lui-même," elle a dit.
La NASA et d'autres agences spatiales ont déjà mis des horloges atomiques dans l'espace. Toute notre flotte de satellites GPS transporte des horloges atomiques. Mais, pour la plupart, ils sont trop imprécis et trop lourds pour un travail à long terme, a déclaré Seubert. L'environnement dans l'espace est beaucoup plus rude qu'un laboratoire de recherche sur Terre. Les températures changent lorsque les horloges entrent et sortent du soleil. Les niveaux de rayonnement montent et descendent.
"C'est un problème bien connu de vol spatial, et nous envoyons généralement des pièces durcies aux radiations dont nous avons démontré qu'elles peuvent fonctionner dans différents environnements de rayonnement avec des performances similaires", a-t-elle déclaré.
Mais le rayonnement change encore le fonctionnement de l'électronique. Et ces changements ont un impact sur les horloges atomiques des équipements sensibles utilisés pour mesurer le temps qui passe, menaçant d'introduire des inexactitudes. Plusieurs fois par jour, a souligné Seubert, l'Air Force télécharge des corrections sur les horloges des satellites GPS pour les empêcher de dériver de manière synchronisée avec les horloges au sol.
Le but du DSAC, a-t-elle déclaré, est d'établir un système non seulement portable et assez simple pour être installé sur n'importe quel vaisseau spatial, mais aussi suffisamment robuste pour fonctionner dans l'espace à long terme sans nécessiter des ajustements constants de la part des équipes basées sur la Terre.
En plus de permettre une navigation plus précise dans l'espace lointain à l'aide de signaux terrestres, une telle horloge pourrait un jour laisser les astronautes sur des avant-postes éloignés se déplacer comme nous le faisons avec nos appareils de cartographie sur Terre, a déclaré Seubert. Une petite flotte de satellites équipés d'appareils DSAC pourrait orbiter autour de la lune ou de Mars, fonctionnant à la place des systèmes GPS terrestres, et ce réseau ne nécessiterait pas de corrections plusieurs fois par jour.
Sur la route, a-t-elle déclaré, les DSAC ou des appareils similaires pourraient jouer un rôle dans les systèmes de navigation à pulsar, qui suivraient le rythme de choses comme la pulsation de la lumière d'autres systèmes stellaires pour permettre aux vaisseaux spatiaux de naviguer sans aucune entrée de la Terre.
Pour l'année prochaine, cependant, l'objectif est de faire fonctionner correctement ce premier DSAC alors qu'il orbite près de la Terre.
"Ce que nous devons faire, c'est essentiellement apprendre à régler l'horloge pour qu'elle fonctionne correctement dans cet environnement", a déclaré Seubert.
Les leçons que l'équipage de la DSAC apprend lors du réglage de l'appareil cette année devraient les préparer à utiliser des appareils similaires pour des missions à plus longue portée sur la route, a-t-elle ajouté.
