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    Heures supplémentaires :l'horloge atomique de l'espace lointain de la NASA termine sa mission

    Trois affiches accrocheuses présentant l'horloge atomique de l'espace lointain et la façon dont les futures versions de la démo technologique peuvent être utilisées par les vaisseaux spatiaux et les astronautes. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    Depuis plus de deux ans, L'horloge atomique de l'espace lointain de la NASA a repoussé les frontières du chronométrage dans l'espace. Le 18 septembre, 2021, sa mission a été couronnée de succès.

    L'instrument est hébergé sur le vaisseau spatial du banc d'essai orbital de General Atomics qui a été lancé à bord de la mission 2 du programme d'essais spatiaux du ministère de la Défense le 25 juin 2019. Son objectif :tester la faisabilité d'utiliser une horloge atomique embarquée pour améliorer la navigation des engins spatiaux dans l'espace lointain.

    Actuellement, les engins spatiaux reposent sur des horloges atomiques au sol. Pour mesurer la trajectoire d'un vaisseau spatial lorsqu'il voyage au-delà de la Lune, les navigateurs utilisent ces chronométreurs pour suivre avec précision quand ces signaux sont envoyés et reçus. Parce que les navigateurs savent que les signaux radio voyagent à la vitesse de la lumière (environ 186, 000 miles par seconde, ou 300, 000 kilomètres par seconde), ils peuvent utiliser ces mesures de temps pour calculer la distance exacte du vaisseau spatial, la vitesse, et sens de déplacement.

    Mais plus un vaisseau spatial est éloigné de la Terre, plus il faut de temps pour envoyer et recevoir des signaux - de plusieurs minutes à quelques heures - retardant considérablement ces calculs. Avec une horloge atomique embarquée couplée à un système de navigation, le vaisseau spatial pourrait immédiatement calculer où il se trouve et où il va.

    Regardez cette vidéo explicative pour découvrir pourquoi il est essentiel de chronométrer avec précision dans l'espace et comment l'horloge atomique de l'espace lointain de la NASA rendra les futurs engins spatiaux moins dépendants de la Terre pour naviguer de manière autonome. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    Construit par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, la Deep Space Atomic Clock est une horloge ultra-précise, horloge atomique à ions mercure enfermée dans une petite boîte mesurant environ 10 pouces (25 centimètres) de chaque côté, soit à peu près la taille d'un grille-pain. Conçu pour survivre aux rigueurs du lancement et au froid, environnement à rayonnement élevé de l'espace sans que ses performances de chronométrage ne se dégradent, l'horloge atomique de l'espace lointain était une démonstration technologique destinée à réaliser des premières technologiques et à combler des lacunes critiques en matière de connaissances.

    Une fois que l'instrument a terminé sa mission principale d'un an en orbite terrestre, La NASA a prolongé la mission pour collecter plus de données en raison de sa stabilité de chronométrage exceptionnelle. Mais avant la mise hors tension de la démo technique le 18 septembre, la mission a travaillé des heures supplémentaires pour extraire autant de données que possible dans ses derniers jours.

    "La mission Deep Space Atomic Clock a été un succès retentissant, et le joyau de l'histoire ici est que la démonstration technologique a fonctionné bien au-delà de sa période opérationnelle prévue, " a déclaré Todd Ely, chercheur principal et chef de projet au JPL.

    Les données de l'instrument pionnier aideront à développer Deep Space Atomic Clock-2, une démonstration technique qui se rendra à Vénus à bord du Venus Emissivity de la NASA, Radiosciences, InSAR, Le vaisseau spatial Topography &Spectroscopy (VERITAS) lors de son lancement d'ici 2028. Ce sera le premier test pour une horloge atomique dans l'espace lointain et une avancée monumentale pour une autonomie accrue du vaisseau spatial.

    Cette illustration montre la démonstration de la technologie Deep Space Atomic Clock de la NASA et le vaisseau spatial General Atomics Orbital Test Bed qui l'héberge. Les engins spatiaux pourraient un jour dépendre de tels instruments pour naviguer dans l'espace lointain. Crédit :NASA

    La stabilité est tout

    Alors que les horloges atomiques sont les garde-temps les plus stables de la planète, ils ont encore des instabilités qui peuvent provoquer un décalage infime, ou "décalage, " dans l'heure des horloges par rapport à l'heure réelle. Non corrigé, ces décalages s'additionneront et pourraient conduire à de grosses erreurs de positionnement. Des fractions de seconde pourraient faire la différence entre arriver en toute sécurité sur Mars ou manquer complètement la planète.

    Des mises à jour peuvent être transmises de la Terre au vaisseau spatial pour corriger ces décalages. les satellites du système de positionnement global (GPS), par exemple, transporter des horloges atomiques pour nous aider à aller du point A au point B. Pour s'assurer qu'ils gardent l'heure avec précision, des mises à jour doivent leur être fréquemment transmises depuis le sol. Mais devoir envoyer des mises à jour fréquentes de la Terre à une horloge atomique dans l'espace lointain ne serait pas pratique et irait à l'encontre de l'objectif d'en équiper un vaisseau spatial.

    C'est pourquoi une horloge atomique sur un vaisseau spatial explorant l'espace lointain devrait être aussi stable que possible dès le départ, lui permettant d'être moins dépendant de la Terre pour être mis à jour.

    L'horloge atomique de l'espace lointain mesure environ 10 pouces (25 centimètres) de chaque côté, à peu près la taille d'un grille-pain. Sa conception compacte était une exigence clé, et une itération encore plus petite volera à bord du vaisseau spatial VERITAS de la NASA. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    "L'horloge atomique de l'espace lointain a réussi à atteindre cet objectif, " a déclaré Eric Burt du JPL, un physicien de l'horloge atomique pour la mission. « Nous avons atteint un nouveau record de stabilité à long terme de l'horloge atomique dans l'espace - plus d'un ordre de grandeur mieux que les horloges atomiques GPS. Cela signifie que nous avons maintenant la stabilité pour permettre une plus grande autonomie dans les missions spatiales lointaines et potentiellement rendre le GPS satellites moins dépendants des mises à jour biquotidiennes s'ils transportaient notre instrument."

    Dans une étude récente, l'équipe Deep Space Atomic Clock a signalé un écart de moins de quatre nanosecondes après plus de 20 jours de fonctionnement.

    Comme son prédécesseur, la Deep Space Atomic Clock-2 sera une démo technologique, ce qui signifie que VERITAS ne dépendra pas d'elle pour atteindre ses objectifs. Mais cette prochaine itération sera plus petite, utiliser moins d'énergie, et être conçu pour soutenir une mission pluriannuelle comme VERITAS.

    L'horloge atomique de l'espace lointain a été lancée mardi sur une fusée SpaceX Falcon Heavy dans le cadre de la mission Space Test Program-2 (STP-2) du ministère de la Défense à partir du complexe de lancement 39A du Kennedy Space Center de la NASA en Floride, 25 juin 2019. Crédit :NASA/Joel Kowsky

    « C'est une réalisation remarquable de la part de l'équipe :la démonstration technologique s'est avérée être un système robuste en orbite, et nous attendons maintenant avec impatience de voir une version améliorée aller sur Vénus, " a déclaré Trudy Kortes, directeur des démonstrations technologiques pour la Direction des missions scientifiques et technologiques (STMD) de la NASA au siège de la NASA à Washington. « C'est ce que fait la NASA :nous développons de nouvelles technologies et améliorons celles qui existent déjà pour faire progresser les vols spatiaux humains et robotiques. L'horloge atomique de l'espace lointain a vraiment le potentiel de transformer la façon dont nous explorons l'espace lointain.

    Jason Mitchell, le directeur de la division Advanced Communications &Navigation Technology de la NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) au siège de l'agence a convenu:"Les performances de l'instrument étaient vraiment exceptionnelles et témoignent de la capacité de l'équipe. À l'avenir, non seulement l'horloge atomique de l'espace lointain permettra d'importantes, de nouvelles capacités opérationnelles pour les missions d'exploration humaine et robotique de la NASA, il peut également permettre une exploration plus approfondie de la physique fondamentale de la relativité, tout comme les horloges prenant en charge le GPS l'ont fait."


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