2 Septembre 2016

Plateforme ACES

ACES est une nouvelle génération d'horloge atomique qui profite de l'environnement en micropesanteur de l'ISS. La charge utile ACES distribuera une base de temps stable et précise qui sera utilisée comme référence pour les comparaisons de plusieurs horloges sol avec ACES comme relai. La comparaison directe d'horloges atomiques ultra-précises est cruciale pour l'exploitation du potentiel d'ACES dans divers domaines de recherche : la physique fondamentale (Relativité Générale et tests de la Théorie des Cordes), la métrologie Temps / Fréquence, mais encore la géodésie et la gravimétrie, la détermination d'orbite précise, le suivi de la Terre, l'interférométrie très longue base, le positionnement global et la navigation.


Maquette plateforme ACES

ACES est une charge utile complexe, impliquant à la fois des instruments à la pointe du progrès et des sous-systèmes de haute technologie. Le cœur de la charge utile consiste en une horloge atomique basée sur des atomes de césium refroidis par laser. Les performances du standard de fréquence de PHARAO sont combinées avec les caractéristiques d'un maser à hydrogène spatial (Space Hydrogen Maser : SHM). Le signal de l'horloge ACES fusionne les deux excellentes stabilités de fréquence à court et moyen terme de SHM avec la stabilité long terme et la précision de référence d'une fréquence primaire standard basée sur les atomes froids de Césium. La comparaison à bord d'horloge à horloge (PHARAO-SHM) et la distribution du signal d'horloge est assurée par le FCDP (Frequency Comparison and Distribution Package), alors que tous les processus de manipulation de données sont contrôlés par le XPLC (eXternal PayLoad Computer : l'ordinateur de la charge utile externe). L'un des principaux objectifs de la mission ACES consiste à maintenir à bord une échelle de temps stable et précise qui peut être utilisée pour des comparaisons de standard de fréquence espace-sol aussi bien que sol-sol. Le transfert de temps et de fréquence, stable et précis, est obtenu par l'utilisation d'un lien micro-onde (MicroWave Link : MWL) à la pointe du progrès, développé spécialement, pour conserver la précision d'ACES dans les transferts de temps avec le sol.

ACES est également doté d'un récepteur GPS qui fournira une position très précise des horloges et d'un lien optique (ELT) qui permet lui aussi un échange de temps performant avec le sol.

Maser SHM   Lien micro-ondes   Plateforme ACES sur Colombus

Contexte Scientifique

Depuis 1967, la seconde - l'une des unités de base dans le Système International des Unités SI - est définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état de base de l'atome de Césium-133.

La haute précision de détermination de la seconde par l'utilisation de la mesure des fréquences atomiques donne à l'unité de temps du Système International un rôle privilégié parmi les autres unités, et justifie son utilisation dans la définition de nombreuses autres unités secondaires du SI.

Accommodation & Transport

ACES sera monté sur une interface mécanique spécifique nommée CEPA et lancé par le véhicule de transfert Dragon. Le bras robotisé de la Station transférera ACES et l'accrochera en position nadir (pointage vers la Terre) sur le CEPA (Columbus External Payload Facility).

Concept Opérationnel

Le temps stable et précis fourni par ACES sera utilisé pour réaliser des comparaisons d'horloges espace-sol aussi bien que sol-sol. L'information, ainsi que la télémesure de la charge utile, les données auxiliaires de l'ISS et les données de détermination d'orbite précise seront collectées par le centre responsable (FRC), élaborées et mises à disposition pour les études de physique fondamentale et les autres applications, c'est-à-dire la métrologie Temps et fréquence ou la géodésie.

La mission ACES consiste en trois phases : recette en vol et validation, caractérisation de la charge utile, et utilisation opérationnelle.

La première phase durera plusieurs semaines et se conclura par la validation réussie de la charge utile.
Au cours de la seconde phase qui durera 6 mois, les performances de PHARAO seront évaluées. L'horloge au Césium sera caractérisée par la comparaison à bord avec SHM (court terme) et la comparaison avec une horloge au sol (long terme).
Pendant la phase d'utilisation, les paramètres de PHARAO seront positionnés à leur valeur optimale et le lien sera synchronisé de manière à avoir un temps de base ACES avec les meilleures performances aussi bien sur le court/moyen terme que sur le long terme. Pendant cette phase l'échelle de temps sera comparée avec celle des horloges au sol.

Scénario d'Utilisation

La possibilité d'une participation mondiale au programme d'exploitation des données est unique à ACES via une couverture globale d'utilisateurs au sol intéressés par la comparaison de leurs horloges atomiques au sol avec le signal d'horloge d'ACES et par l'analyse des données scientifiques. Ceci est organisé par un groupe de travail international ACES (ACES International Working Group).

Planning

La phase de validation et d'utilisation est prévue pour durer 18 mois. Les premiers 6 mois seront dédiés à la caractérisation et l'évaluation des horloges et du lien Temps & Fréquence (T&F), suivis par la phase d'utilisation, incluant une démonstration de distribution de T&F impliquant des utilisateurs partout dans le monde. Le fonctionnement d'ACES pourra être étendu à 30 mois.
Le lancement d'ACES est prévu pour mi 2018.