Mission

Objectifs Scientifiques

Les objectifs scientifiques d'ACES/PHARAO sont de nature à la fois fondamentale et technique. Les aspects fondamentaux ont trait à la physique des horloges à atomes froids. Pour la première fois les atomes froids seront manipulés, dans des conditions qui ne sont pas accessibles sur Terre, pour réaliser des tests de physique fondamentale (relativité, possible dérive de constantes fondamentales dans le temps). En même temps, un ensemble de nouvelles technologies requises par l'environnement spatial seront validées. En outre, la communauté scientifique pourra bénéficier à travers le monde de la stabilité de fréquence d'ACES en utilisant une station sol pour télécharger le temps de référence ACES (Atomic Clock Ensemble in Space). Ces aspects deviendront de plus en plus importants avec les futurs développements de systèmes de navigation et positionnement, nouveaux senseurs inertiel "matter wave" et tests de physique fondamentale en orbite solaire.

Grâce à ACES, l'inter-comparaison d'horloges atomiques terrestres distantes sera bientôt possible, et très utile, y compris si certaines d'entre elles deviennent plus précises que PHARAO dans les dix ans à venir. Toute nouvelle horloge au sol augmentera l'intérêt d'ACES/PHARAO car elle pourra être soumise à une comparaison croisée avec n'importe quelle autre horloge sur Terre.

Les objectifs et performances associées sont de :

• Faire fonctionner en micropesanteur une horloge au césium refroidi par laser avec une stabilité de fréquence relative de 10^-13-½ où est le temps mesuré en secondes. Moyennée sur 10 jours, la stabilité atteindra 10^-16. La figure ci-dessous montre la stabilité de fréquence de PHARAO attendue à bord de l'ISS. Dans l'espace, PHARAO explorera le domaine des interactions de longues durées entre les atomes et les micro-ondes de sondage alors que ce temps est limité en présence de gravité.

• Distribuer, depuis l'ensemble ACES, et en utilisant un lien micro-onde spécifique haute performance, l'échelle de temps optimisée du système combiné SHM-PHARAO, aux utilisateurs sol. La précision de cette échelle de temps sera de 30 picosecondes sur un jour. Les utilisateurs appartiennent à divers champs d'applications qui incluent : la comparaison Temps et Fréquence, concernant un grand nombre de laboratoires qui contribuent à la réalisation de TAI (Temps Atomique International), la géodésie, l'interférométrie très longue base (VLBI : Very Long Baseline Interferometry), la propagation atmosphérique de signaux micro-onde etc...

• Réaliser des expériences de physique fondamentale : une nouvelle mesure de la dérive vers le rouge gravitationnelle avec une précision de 10^-6, soit une amélioration de presque 100 fois par rapport à l'expérience Gravity Probe A de 1976 ; une recherche de possibles anisotropies de la vitesse de la lumière au niveau relatif de 2 10^-10 ; une recherche de possibles variations dans le temps (ou l'espace) de la constante de structure fine, qui est l'une des constantes fondamentales en physique, sera possible, et ceci par la comparaison du temps PHARAO avec ceux d'horloges atomiques au sol basées sur des atomes autres que le césium.

Stabilité de fréquence de PHARAO comparée aux
oscillateurs à quartz, SHM & oscillateur cryogénique UWA.

mission

Une fois entièrement intégrée à la charge utile d'ACES, l'horloge PHARAO sera placée dans le véhicule américain Dragon et mise sur orbite par le lanceur Falcon-9 de SpaceX. Le module Dragon peut transporter des charges utiles pressurisées aussi bien que des charges utiles exposées au vide. ACES appartient à la seconde catégorie car il a été conçu pour fonctionner dans le vide spatial (si nécessaire, il pourrait être placé dans un satellite conventionnel sans problème). Une fois le véhicule arrimé à l'ISS, ACES sera extrait de celui-ci par un bras robotisé et sera déposé dans une position temporaire sur l'ISS. Il sera ensuite amené à sa destination finale à l'extérieur du module Columbus à nouveau à l'aide du bras robotisé. L'installation de PHARAO/ACES ne requiert pas d'activité extravéhiculaire des astronautes. La charge utile est conçue pour fonctionner pendant au moins 18 mois, avec une possibilité d'extension à 3 ans.