Cette horloge atomique va transformer l’exploration de l’espace lointain
James Camparo de l’Aerospace Corporation pense que la dérive de leur horloge est exceptionnellement faible. Ces résultats de stabilité de fréquence en orbite sont très encourageants pour la technologie, même si l’horloge n’a pas fonctionné dans ses réglages optimaux dans l’espace, explique Camparo, qui détient un doctorat en physique chimique et n’a pas participé à l’étude. Il prévoit qu’au cours de la prochaine phase de la mission, l’équipe du JPL atteindra des variations de fréquence encore plus faibles, améliorant encore les performances des horloges.
Ce type de synchronisation de précision sera nécessaire pour les futures missions dans l’espace lointain. Actuellement, la navigation dans l’espace exige que toutes les décisions soient prises sur Terre. Les navigateurs au sol renvoient des signaux radio vers un vaisseau spatial et inversement, et des horloges ultraprécises peuvent chronométrer la durée de l’aller-retour. Cette mesure est utilisée pour calculer des informations sur la position, la vitesse et la direction, et un signal final est renvoyé au vaisseau spatial avec des commandes sur la façon d’ajuster le cap.
Mais le temps qu’il faut pour envoyer des messages dans les deux sens est une vraie limitation. Pour les objets proches de la lune, le voyage aller-retour ne prend que quelques secondes, dit Ely. Mais au fur et à mesure que vous vous éloignez, le temps nécessaire devient vite inefficace : près de Mars, le temps aller-retour est d’environ 40 minutes, et près de Jupiter, cela passe à environ une heure et demie. Au moment où vous voyagez jusqu’à l’emplacement actuel du Voyager, un satellite explorant l’espace interstellaire, dit-il, cela peut prendre des jours. Loin dans le cosmos, il serait peu pratique et dangereux de se fier à cette méthode, surtout si l’engin transportait des personnes. (Actuellement, les missions sans équipage, comme les rovers Perseverance atterrissant sur Mars, reposent sur des systèmes automatisés pour les décisions de navigation qui doivent être prises dans des délais courts.)
La solution, selon l’équipe du JPL, est d’équiper le vaisseau spatial de sa propre horloge atomique et d’éliminer le besoin de calculs au sol. L’engin devra toujours recevoir un signal initial de la Terre, afin de mesurer sa position et sa direction à partir d’un point de référence constant. Mais il ne serait pas nécessaire de faire rebondir un signal, car les calculs de navigation ultérieurs pourraient être effectués en temps réel à bord.
Jusqu’à présent, c’était impossible. Les horloges atomiques utilisées pour naviguer depuis le sol sont trop grandes pour la taille des réfrigérateurs et les horloges spatiales actuelles ne sont pas assez précises pour s’y fier. La version des équipes du JPL est la première qui est à la fois suffisamment petite pour tenir sur un vaisseau spatial et suffisamment stable pour que la navigation à sens unique devienne une réalité.
Cela peut aussi s’avérer utile pour les voyages au sol. Sur Terre, nous utilisons le GPS, un réseau de satellites transportant des horloges atomiques qui nous aident à naviguer à la surface. Mais selon Ely, ces horloges ne sont pas aussi stables que leur dérive doit être corrigée au moins deux fois par jour pour assurer un flux constant d’informations précises pour tout le monde sur Terre. Si vous aviez une horloge plus stable qui avait moins de dérive, vous pourriez réduire ce genre de frais généraux, dit Ely. À l’avenir, il imagine également qu’une grande population d’humains ou de robots sur la Lune ou sur Mars devra avoir sa propre infrastructure de suivi ; une constellation de satellites de type GPS, équipée de minuscules horloges atomiques, pourrait accomplir cela.
Camparo est d’accord et dit que l’appareil pourrait même être configuré pour être utilisé sur des stations au sol sur Mars ou sur la Lune. Il convient de noter que lorsque nous considérons le chronométrage du système spatial, nous nous concentrons souvent sur les horloges atomiques transportées par le vaisseau spatial, dit-il. Cependant, pour toute constellation de satellites, il doit y avoir une meilleure horloge à la station au sol des systèmes satellitaires, car c’est ainsi que les scientifiques surveillent la précision des horloges dans l’espace.
.