ACES (Atomic Clocks Ensemble in Space): une mission de précision

La mission ACES a pour but de comparer les horloges atomiques ultra stables incluses dans sa charge utile à des horloges terrestres, sélectionnées en plusieurs endroit du globe, afin de démontrer les performances des horloges atomiques spatiales de nouvelle génération (stabilité de fréquence et précision de 10-16). Les signaux des horloges ACES seront utilisés en tant que base temporelle stable et précise. Ils permettront de réaliser des tests d’une précision sans précédent sur la théorie de la relativité générale d’Einstein et susciteront des applications dans les domaines du temps universel, de la navigation et du positionnement, de la géodésie, etc…

A l’heure actuelle, la mission ACES est en phase de développement. Son lancement est prévu pour 2014. La durée de la mission sera comprise entre 18 mois et 3 ans.

ACES est placée à la base de la palette externe Colombus. Le temps stable et précis créé par les horloges ACES est envoyé sur Terre par le biais d’un lien de transfert temps-fréquence bidirectionnel à haute performance. Les signaux des horloges servent à effectuer la comparaison des étalons atomiques de fréquence entre l’espace et le sol et entre divers endroits au sol.

Concept Opérationnel

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

La première phase durera plusieurs semaines et sera conclue par la validation réussie de la charge utile.

Au cours de la seconde phase qui durera 6 mois, les performances d’ACES seront évaluées et optimisées. Les instruments seront calibrés. 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 sessions de mesure se dérouleront sur des périodes d’au moins 20 jours. ACES restera actif et opérationnel sauf si des événement liés à l’ISS, à Columbus ou autres nécessitent son arrêt. Pendant cette phase l'échelle de temps sera comparée avec celle des horloges au sol.

Charge utile ACES

La charge utile ACES, dont la masse totale est de 227 kg et la consommation d’énergie de 450 W, est constituée de :

•  Deux horloges :

• PHARAO, une horloge à césium froid en cours de développement, financée par le CNES. PHARAO produira un signal de 100 MHz avec une précision de fréquence relative de 10-16.

• SHM, une horloge maser à hydrogène, développée par l’Observatoire de Neuchâtel (Suisse) et financée par la Suisse.

• Equipements spécifiques :

• MWL, un lien micro-onde qui permettra de transférer les informations entre le sol et l’espace. Il se compose de deux éléments : une partie sol et une partie à bord.

 

• ELT, un réseau de stations laser (SLR) coordonné par le centre de données ELT (jusqu'à 35 sites)

• FCDP, une unité destinée à la comparaison et à la distribution des fréquences, XPLC, unité centrale, PDU, unité de distribution d’énergie, MWL FS, lien micro onde bord-sol et ELT, lien laser bord-sol.

• Segment sol ACES opéré par le CADMOS

La mission ACES utilise les segments et éléments sol suivants :

• Segment sol Mission et utilisateurs au sein du CADMOS
• Segment sol relais :

• Centre de contrôle Columbus (Col-CC)
• Op&GS NASA

• Centre d’orbitographie du Col-CC
• Terminaux des liaisons micro-ondes et laser
• Horloges terrestres (fournies par les laboratoires scientifiques)
• Segment utilisateur ACES (Groupe de travail gérant le planning et les besoins scientifiques, groupe d’utilisateurs pour l’analyse des produits générés et la gestion des équipements associés).

Le rôle de CADMOS consiste à :

• Contrôler et piloter les instruments embarqués et le réseau terrestre de stations micro-onde et laser
• Planifier, préparer et réaliser les expériences en opérations
• Générer et archiver les résultats et les livrer à la communauté Scientifique