pharao/aces - Métrologie française

PROJET
PHARAO/ACES
LABORATOIRE
ANNEE DE LANCEMENT DU
PROJET
LNE-SYRTE
1999
DOMAINE
Système International
INTERESSANT POUR
Temps-Fréquence, horloge
atomique, physique fondamentale
OBJECTIFS
Réalisation d’une horloge atomique en microgravité (dans la station spatiale internationale ISS)
Test de physique fondamentale (relativité générale, définition de la seconde,…)
RÉSUMÉ ET PREMIERS RÉSULTATS
Atomic Clocks Ensemble in Space (ACES) est une mission spatiale européenne, pilotée par l’Agence Spatial
Européenne (ESA), dédiée à la métrologie fondamentale en temps-fréquence pour le spatial. Elle repose sur
l'étude d'une nouvelle horloge primaire micro-onde, PHARAO, et sur la comparaison d'horloges distantes,
sur terre et dans l'espace, avec des résolutions encore inexplorées. Les recherches porteront sur la physique
fondamentale (tests sur les invariances), la physique d'une horloge à atomes froids en microgravité et le
transfert de temps/fréquence. Le principal domaine d'application est bien évidemment la métrologie
espace-temps et s'élargira vers la géodésie et les systèmes de positionnement/navigation.
Le laboratoire Kastler Brossel (LKB) avec le LNE-SYRTE ont été les initiateurs de cette mission. En outre ils
sont fortement impliqués dans le développement industriel de PHARAO ainsi que dans toutes les phases
d'évaluation des instruments et de la préparation de la mission; activités qui se poursuivront par le suivi et
l'exploitation de la mission.
La charge utile ACES sera installée en 2016 sur la station spatiale internationale. Elle est composée de 2
horloges atomiques, d'un moyen de comparaison local, d'une station de transfert de temps 2 voies et d'un
récepteur GPS/GALILEO. La première horloge est un nouvel étalon primaire avec des atomes refroidis de
césium comme source atomique. Elle fournira un signal métrologique avec une exactitude relative de
fréquence de 10-16 et une stabilité de 10-13 τ -1/2. Son développement est assuré par le Centre National des
Etudes Spatiales (CNES). La seconde horloge est un maser à hydrogène (H-maser) développé en Suisse par la
société Spectra Time. Ce maser devrait avoir la meilleure stabilité de phase/fréquence sur des durées de 5 s
à 10 000 s. Le dispositif de transfert de temps, bord et sol, est développé en Allemagne par Timetech. C'est
un système 2 voies avec des niveaux de bruit de 0,3 ps à 300 s, 7 ps à 1 jour et 23 ps à 10 jours. Le récepteur
double GPS/GALILEO aura deux rôles : il fournira des informations pour affiner l'orbitographie de la charge
utile et fera un lien avec l'ensemble des satellites de positionnement à des fins de caractérisation (effets
atmosphériques par exemple).
A cette charge utile il faut aussi associer des laboratoires au sol qui possèdent ou étudient des horloges de
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hautes performances. Les organismes nationaux de métrologie du temps-fréquence seront donc fortement
impliqués. En particulier le LNE-SYRTE aura un rôle majeur puisqu'il devrait être une station maîtresse dans
le suivi métrologique de ACES. Environ 35 laboratoires répartis sur le globe ont manifesté leur intérêt pour
participer à des comparaisons avec leurs moyens sols. A ces laboratoires il faut ajouter les équipes
intéressées par l'analyse des données pour explorer les domaines de la relativité, de la géodésie, de
l'atmosphère ou du positionnement.
Actuellement, les performances du prototype de l’horloge ont été testées et montrent une exactitude de
fréquence de 2.10-15, limité par le fonctionnement au sol. Le montage du modèle de vol est actuellement en
cours et ses performances devraient être testées courant 2014 avec pour objectif d’être finalisé pour 2015.
Le calendrier du projet a été finalisé, le lancement de la station PHARAO/ACES sera effectué courant 2016.
IMPACTS
Comparaison des échelles de temps, relativité générale, géodésie et systèmes embarqués.
PUBLICATIONS / COMMUNICATIONS
PARTENAIRES
-
Académique :Laboratoire Kastler Brossel, XLIM.
-
Industriels : Thales, CNES, SODERN, CS SI,
EREMS.
CONTACT
[email protected]
Une copie d’un rapport peut être obtenue sur simple demande.
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PROJETS ASSOCIES
DERNIÈRE MISE À JOUR
Le 02 octobre 2014
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