Le 24 juin 2019, une fusée Falcon Heavy de SpaceX s'élançait depuis le Kennedy Space Center, en Floride. Avec à son bord un précieux chargement: la Deep Space Atomic Clock (DSAC), une horloge atomique censée «révolutionner l'exploration spatiale».
Aujourd'hui, ce sont des horloges atomiques terrestres qui déterminent la distance et la position des sondes spatiales en mesurant l'aller-retour du signal envoyé.
Le problème, c'est que plus la distance s'allonge, plus la marge d'erreur augmente. Un écart d'une nanoseconde (un milliardième de seconde) se transforme au bout de six semaines en une milliseconde, ce qui équivaut à une distance de 300 kilomètres, rapporte le site Futura.
Lorsqu'elle est embarquée directement à bord de la fusée, l'horloge atomique évite tout décalage et permet une navigation en temps réel. Mais pour cela, elle doit être d'une stabilité à toute épreuve.
4 nanosecondes
C'est justement un nouveau record de stabilité que vient d'annoncer l'équipe de la DSAC du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. «La stabilité a atteint dix fois celle des horloges atomiques spatiales actuelles, y compris celles des satellites GPS», se félicite un communiqué du JPL.
L'équipe a constaté un décalage d'à peine 4 nanosecondes pour vingt jours de fonctionnement. «En général, on considère qu'un décalage d'une nanoseconde correspond à une distance de 30 centimètres dans l'espace», précise Eric Burt, physicien sur l'horloge atomique et coauteur du nouvel article paru dans la revue Nature.
Cela peut sembler faible, mais pour un voyage spatial lointain de plusieurs années, ça finit par être énorme –suffisant en tout cas pour louper son atterrissage du Proxima Centauri b.
Même si elles sont ultraprécises, les horloges atomiques subissent une légère dérive due au rebondissement des atomes sur les parois de l'appareil. Pour éviter cet effet, on ralentit les atomes en les refroidissant près du zéro absolu ou par des faisceaux lasers.
Autant de technologies très encombrantes et très énergivores. Les ingénieurs du JPL ont donc eu l'idée d'utiliser des atomes de mercure plutôt que du césium (habituellement préconisé dans les horloges atomiques).
Le mercure portant une charge positive, les ions sont «repoussés» par les parois, elles aussi chargées positivement. «On obtient ainsi une horloge pas plus grosse qu'un grille-pain et qui consomme moins de 50 watts», atteste Eric Burt.
Pour l'instant, la durée de vie de la DSAC est limitée à cinq ans. Mais les scientifiques espèrent doubler ce temps pour opérer sur des missions lointaines.
En 2026, la Deep Space Atomic Clock-2, une version améliorée de l'horloge, s'envolera ainsi vers Venus pour la mission VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy). En attendant le réveil-matin pour les futurs voyageurs intergalactiques.
