Spatial

L'horloge atomique spatiale PHARAO testera les prédictions d'Einstein

Des fibres optiques à l’intérieur de l’horloge atomique spatiale PHARAO, permettront de tester les prédictions d’Einstein à bord de l’ISS.

Le défi
Mesurer le temps avec une exactitude de 10-16 et tester encore plus précisément la célèbre théorie de la relativité d’Albert Einstein.

Contraintes majeures
La solution doit avoir des propriétés non-dégazantes, être légère, et être aussi petite et compacte que possible.
Elle doit également présenter une grande stabilité sous :

  • des variations thermiques de -55 °C à +85 °C
  • des contraintes mécaniques d’environ 20 g RMS
    irradiations

Solution SEDI-ATI
Les réalisations de SEDI-ATI dans le cadre de ce projet consistent en l’assemblage de collimateurs, de câbles spécifiques aux applications spatiales, de fibres optiques spéciales et de connecteurs FC, type NASA avec des férules triées.

Avantages de la solution SEDI-ATI

  • assemblages robustes
  • produits non-dégazants
  • assemblages légers, petits et compacts
  • solutions thermiquement et mécaniquement stables

L'horloge atomique spatiale PHARAO testera les prédictions d'Einstein

Les assemblages de fibres optiques SEDI-ATI sont montés sur l’horloge atomique spatiale PHARAO à bord de l’ISS pour tester les prédictions d’Albert Einstein sur la relativité générale.

L’horloge atomique à césium PHARAO (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite), combinée à l’horloge atomique à hydrogène SHM (Space Hydrogen Maser), forment l’ensemble des horloges atomiques spatiales ACES de l’ESA. Le programme spatial ACES/PHARAO de l’ESA est le résultat d’une collaboration entre plusieurs organisations et laboratoires européens.

L’horloge optique au césium refroidi par laser PHARAO a été développée par l’agence spatiale française CNES et le laboratoire SYRTE. L’objectif principal de cette horloge atomique est d’atteindre une résolution en temps de l’ordre de 10 ps de 1 à 10 jours et une résolution en fréquence de 10-16 en valeur relative, ce qui correspond à une erreur de temps d’environ une seconde sur 300 millions d’années !

Pour manipuler les atomes de césium, le cœur du système, autrement dit le tube de césium, doit être relié à une source laser par des fibres optiques. De plus, le transfert de temps et de fréquence se fait également par fibre optique.

C’est dans ce contexte, et sous l’égide d’EADS Sodern, que SEDI-ATI a été impliquée dans le projet PHARAO. Elle a été choisie pour son expertise dans le choix de matériaux et de fibres optiques aux propriétés requises pour l’environnement spatial, ainsi que pour son savoir-faire en assemblage de composants fibrés : collimateurs, câbles, fibres à maintien de polarisation et connecteurs FC de type NASA avec des matériaux très faiblement dégazants.

Pour assurer la précision de son chronométrage, PHARAO a été positionnée à l’extérieur du laboratoire européen Columbus à bord de la Station Spatiale Internationale en 2016. En effet, dans l’espace, le fonctionnement en micropesanteur permet d’obtenir une base de temps beaucoup plus stable et précise qu’en présence de gravité comme c’est le cas sur Terre.

PHARAO n’est pas la seule horloge atomique dans l’espace. Elle est accompagnée du SHM (Space Hydrogen Maser) qui utilise des atomes d’hydrogène comme référence de fréquence et offre une meilleure stabilité mais sur une durée plus courte. En couplant les deux horloges, ACES fournit aux scientifiques une référence de temps unique et très stable dans l’espace.

L’intérêt pour les chercheurs est qu’ils peuvent désormais comparer de nombreuses horloges atomiques différentes basées sur des atomes autres que le césium, à différents niveaux de gravité puisqu’ils ont maintenant accès aux données de PHARAO et de SHM à 400 km d’altitude, ainsi qu’à des horloges au sol très performantes développées par les laboratoires de divers pays dans le monde.

La comparaison des horloges permettra aux scientifiques de tester les théories d’Albert Einstein sur l’espace et le temps, mais aussi d’autres théories de la physique fondamentale, avec une précision impossible à obtenir dans les laboratoires sur Terre.

Différents domaines d’applications sont concernés : Temps Atomique International (TAI), Temps Universel Coordonné (UTC), géodésie, Interférométrie à très longue base (VLBI), Propagation atmosphérique des signaux micro-ondes, et soutien des applications impliquant la télédétection via le réseau GNSS, etc.