La Nasa active son horloge atomique révolutionnaire : mais à quoi sert-elle ?

Les engins d’exploration spatiale doivent être pilotés depuis la Terre via les centres de contrôle. Ce processus prend un temps considérable, des dizaines de minutes voire des heures, et des problèmes de communication peuvent se poser. Mais la Nasa vient de lancer la dernière phase de test d’un appareil qui peut tout changer. Dans un communiqué publié le 26 août 2019, l’agence spatiale américaine annonce officiellement avoir activé la Deep Space Atomic Clock, ou « horloge atomique pour l’espace profond ».

Les horloges atomiques sont très utilisées, ne serait-ce que sur Terre. Elles permettent aux satellites GPS de vous guider lors de vos trajets. Le rôle de l’horloge est de calculer les distances, en mesurant le temps que met le signal pour se diriger d’un point A vers un point B. Si rater une sortie sur une voie d’autoroute n’est pas forcément grave, en matière d’exploration spatiale toute erreur est fatale. Comme le précise la Nasa, « une erreur de seulement quelques secondes correspond à la différence entre atterrir sur une planète comme Mars ou la rater de centaines de milliers de mètres ».

L'horloge atomique pour l'espace lointain, développée dans les laboratoires de la Nasa, au Jet Propulsion Laboratory en Californie.

Source : General Atomics Electromagnetic Systems

Des sondes spatiales entièrement autonomes

De nos jours, le pilotage des sondes d’exploration spatiale prend du temps car tout transite depuis la Terre, via une horloge atomique satellitaire de la taille d’un réfrigérateur. La nouvelle horloge atomique pour l’espace lointain, développée par la Nasa au Jet Propulsion Laboratory (Californie), fait quant à elle la taille d’un grille-pain. Elle pourra être embarquée directement dans les sondes.

Sa précision excède largement toutes les performances des précédentes horloges atomiques utilisées. La Deep Space Atomic Clock sera « 50 fois plus stable que l’horloge atomique d’un satellite GPS », c’est-à-dire qu’elle perdra une seconde… tous les 10 millions d’années. Cette performance s’explique par la mobilisation de ions de mercure, c’est-à-dire des atomes qui ne sont pas neutres, mais constitués d’une charge électrique nette. Cela implique un changement important dans la stabilité de l’appareil :

• Les horloges atomiques contiennent habituellement des atomes neutres, dans une chambre à vide. Les atomes interagissent avec la paroi de cette chambre. De fait, ils sont sensibles aux changements environnementaux. Une modification de température peut provoquer une erreur.
• La Deep Space Atomic Clock utilise des ions de mercure. Puisqu’ils sont chargés électriquement, et non pas neutres, ils peuvent être piégés dans un champ électromagnétique empêchant l’interaction avec la paroi. Le taux d’erreurs en est considérablement amoindri.

Grâce à sa petite taille et à son extrême précision, l’horloge atomique offrira aux sondes spatiales la possibilité de se diriger dans l’espace de manière totalement autonome, en construisant leur propre trajectoire. Les scientifiques pourront également les « traquer » avec plus de facilité et de rapidité, puisqu’il n’y aura pas de relai intermédiaire. Qui plus est, l’intervention humaine n’étant plus nécessaire, les sondes pourront s’aventurer bien davantage dans l’espace profond.

Poster de la Nasa représentant une horloge atomique.

Source : Nasa / JPL-Caltech

Après avoir été testé avec succès sur Terre, l’instrument a été envoyé en orbite terrestre par la fusée SpaceX Falcon Heavy, en juin 2019, pour une expérimentation proche des conditions réelles. Maintenant que l’horloge est activée, les premiers résultats de ses performances tomberont dans trois à quatre mois, puis l’analyse de l’efficacité globale de l’appareil débutera un an après cette mise en service.

« L’objectif de cette expérimentation spatiale est de mettre la Deep Space Atomic Clock dans le contexte d’un vaisseau opérationnel — avec tout ce qui affect la stabilité et la précision de l’horloge — afin de vérifier si ses performances correspondent au niveau que nous pensons »,  conclut Todd Ely, à la tête du projet. Si les tests sont concluants, le pas en avant sera énorme dans l’exploration spatiale non-habitée, que ce soit pour des planètes comme Mars ou bien au-delà.