Cette horloge atomique de la Nasa pourrait servir de GPS dans l’espace

Il n’y a pas encore de GPS dans l’espace, mais une horloge atomique de la Nasa pourrait changer cela. L’Agence spatiale américaine a présenté cette technologie le 14 juin 2019. Elle pourrait aider à envoyer des humains de façon plus autonome sur la Lune ou Mars.

Cette « horloge atomique de l’espace profond » (« Deep Space Atomic Clock ») est un instrument, comparé à un GPS, qui permettrait aux « vaisseaux de savoir où ils se trouvent sans avoir besoin de s’appuyer sur des données venant de la Terre », explique l’agence spatiale. L’appareil doit être lancé à la fin du mois de juin par une fusée Falcon Heavy, afin d’être mis en orbite autour de la Terre pendant une phase de test d’un an.

L'horloge atomique de la Nasa.

Source : General Atomics Electromagnetic Systems

Qu’est-ce qu’une horloge atomique ?

Une horloge atomique (aussi appelée horloge moléculaire) sert, comme n’importe quelle autre horloge, à mesurer le temps. Elle fonctionne avec des molécules d’ammoniac, des atomes de césium, de rubidium (des métaux alcalins) et d’hydrogène. Ce sont les vibrations des atomes qui servent de référence pour mesurer le temps. Ainsi, une résonance de l’atome de césium est utilisée pour définir la seconde depuis 1967.

Ces horloges n’ont rien d’inhabituel dans l’espace, rappelle la Nasa : elles sont installées sur des satellites en orbite terrestre et permettent à nos GPS et smartphones de se localiser. Celles-ci ne pourraient cependant pas permettre à des vaisseaux de naviguer dans l’espace. Alors comment fait-on ?

Une horloge atomique.

Source : Wikimedia/CC/National Institute of Standards and Technology (photo recadrée)

Comment les vaisseaux naviguent-ils dans l’espace ?

La position des appareils est calculée depuis la Terre. Des antennes terrestres envoient un signal vers le vaisseau, qui le renvoie à la Terre. Au sol, on mesure alors le temps nécessaire parcouru par le signal. Cela permet de connaître la distance entre la Terre et le vaisseau (ainsi que sa vitesse). Les informations de localisation sont ensuite envoyées vers l’espace. Ce système peut avoir besoin de « quelques minutes à plusieurs heures pour indiquer les directions ». C’est pour cela, par exemple, qu’il a fallu attendre 14 minutes pour savoir que le rover Curiosity avait bien atterri sur Mars.

Comme l’explique la Nasa, ce fonctionnement présente des limites. On imagine difficilement des astronautes se rendre loin de la Terre et devoir attendre de recevoir les communications pendant plusieurs heures. Un engin spatial vraiment éloigné pourrait même recevoir des informations sur sa localisation en retard, alors qu’il a déjà bougé.

Avec l’horloge atomique, « le vaisseau [peut] savoir où il est sans avoir à se reposer sur des données venant de la Terre ». Le signal envoyé depuis la Terre serait transmis au vaisseau équipé d’une horloge atomique. C’est elle qui mesurerait le temps mis par le signal pour arriver. L’horloge permettrait ainsi au vaisseau de calculer sa localisation et son itinéraire. À très long terme, la Nasa imagine que ce système pourrait non seulement servir aux vaisseaux envoyés dans l’espace, mais aussi aux robots et humains sur Mars. Des appareils équipés d’horloges atomiques pourraient être mis en orbite autour de la planète rouge, pour aider ses rovers et les humains habitant la planète à s’orienter sur l’astre.