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Voilà pourquoi l’armée américaine veut miniaturiser les horloges atomiques

La DARPA travaille sur un nouveau type d’horloge atomique, qui promet d’améliorer encore davantage ces machines à la précision déjà phénoménale.

L’été dernier, la NASA a prolongé les tests sur son horloge atomique spatiale, baptisée Deep Space Atomic Clock (DSAC). Mais ils ne sont pas les seuls à travailler sur cette technologie : la DARPA, agence de recherche et développement militaire américaine, vient d’annoncer dans un communiqué repéré par Interesting Engineering qu’elle comptait également construire une horloge atomique “portable”, capable de tenir dans un véhicule spatial ou même terrestre.

À première vue, l’idée peut paraître inutilement alambiquée. Pourquoi diable aurait-on besoin d’un appareil aussi avancé pour connaître l’heure ? La réponse se trouve dans les grands principes de base de la localisation et de la navigation.

Aujourd’hui, pour mesurer des distances avec une grande précision, on ne peut plus se permettre une simple observation. A la place, on émet un signal dont on connaît la vitesse en direction d’un récepteur. On détermine ensuite combien de temps le signal a mis pour effectuer le trajet en mesurant le temps entre l’émission et le moment où le signal revient toucher le récepteur. Une vitesse se calculant à l’aide du quotient de la distance et du temps nécessaire pour la parcourir, on peut facilement calculer la distance entre les deux objets. Et donc par extension, on peut déterminer sa position absolue à partir de sa position par rapport à tous les autres.

Une précision sans équivalent

Mais il y a un hic : pour fonctionner ainsi, il faut pouvoir mesurer ce délai avec une précision redoutable, bien loin des capacités de la tocante qui vous accompagne au quotidien. Par exemple, une montre à quartz peut dévier d’environ une nanoseconde par heure. Un délai qui pourrait sembler insignifiant; sauf qu’à cette échelle de précision extrême, ce signal n’est plus considéré comme stable. Aujourd’hui, l’horloge atomique reste le seul moyen de s’approcher du niveau de précision espéré.

Sans rentrer dans le détail, ces instruments se basent sur la périodicité incroyablement précise de certains phénomènes qui ont lieu à l’échelle de l’atome, dans le cadre de réactions nucléaires. Pour plus de détail sur leur fonctionnement, la NASA a rédigé une excellente explication où elle aborde également certaines spécificités techniques de cette technologie.

Ce qu’il est important de retenir, c’est que ces outils de pointe sont capables d’une précision sans équivalent; certaines horloges atomiques dévient de moins d’une seconde en plusieurs dizaines de millions d’années ! De quoi permettre une synchronisation parfaite de tous les systèmes de communication, de localisation et de navigation au monde.

Plus les horloges atomiques deviendront précises, plus les frontières de la navigation spatiale seront repoussées. © NASA

Le futur de la navigation et de la localisation

Il ne s’agit pas de confort, mais bien d’une réelle nécessité, notamment dans le contexte actuel où l’espace commence à se démocratiser. Car actuellement, les vaisseaux dépendent encore de la navigation calculée sur Terre. Or, les temps de communication augmentent avec la distance; lors d’un voyage interplanétaire, voire interstellaire, ils finiront par devenir très importants – au point d’être inexploitables en pratique.

Il faut donc que le vaisseau puisse calculer sa position et ses paramètres orbitaux de façon autonome. Mais pas question de le faire avec un appareil à la précision approximative. En astronautique, c’est une question de vie ou de mort; une erreur en apparence ridicule peut faire la différence entre arriver à portée de la planète visée… ou la rater de centaines de milliers de kilomètres, et ainsi partir à la dérive vers les confins de l’espace.

Le secteur militaire salive déjà

La problématique est sensiblement la même dans le secteur militaire. La moindre nanoseconde peut faire la différence lorsqu’il s’agit de toucher une cible à grande vitesse et à longue distance. Ils doivent donc être capables de réaliser leurs propres calculs de façon autonome. C’est pourquoi la DARPA cherche à intégrer cette technologie directement à des véhicules militaires.

Pour ce faire, l’agence fédérale développe une nouvelle génération d’horloges atomiques optiques, par opposition aux horloges atomiques à micro-ondes qui existent actuellement. La technologie fonctionne, mais il faut encore la miniaturiser; pour l’instant, il s’agit encore d’appareils massifs qui occupent une pièce entière dans un laboratoire.

L’objectif est de faire passer de l’installation en laboratoire à une version compacte et robuste capable d’opérer sur le terrain”, explique Tatjana Curcic, directrice du programme à la DARPA. “Si nous y parvenons, ces horloges optiques permettraient de diviser par 100 les erreurs de timing des horloges atomiques à micro-ondes actuelles, ce qui pourrait aboutir à l’arrivée de nombreuses technologies critiques”, affirme-t-elle.

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1 commentaire
  1. On parle de nanosecondes puis de secondes, il aurait pu être intéressant d’avoir la même mesure sur un temps déterminé.

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