ACES, une mission de précision

ACES
une mission de précision
ACES (Atomic Clocks Ensemble in Space) est un
instrument de l’ESA qui sera embarqué à bord de la
station spatiale internationale en position externe.
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1 et 2 :
Horloges ACES
à bord de la
station spatiale
internationale
a 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…
L
A l’heure actuelle, la mission ACES est en
phase C/D. Son lancement est prévu pour
2012. La durée prévue de la mission est de
18 mois.
Horloges ACES à bord
de la station spatiale
internationale
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.
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 :
h
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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.
• FCDP, une unité destinée à la comparaison et à la distribution des fréquences,
XPLC, unité centrale, et PDU, unité de distribution d’énergie.
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
• Terminaux des liaisons micro-ondes
- D’après les analyses de la mission et
la disponibilité des horloges, il a été
défini que 6 terminaux sol microondes, plus un terminal sol transportable, seront nécessaires pour répondre
aux exigences de la mission.
• 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).
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Segment sol ACES
opéré par le CADMOS
Environnement du segment sol ACES
Le rôle de CADMOS
consiste à :
• Contrôler et piloter les instruments
embarqués et le réseau terrestre de stations micro-onde
• Planifier, préparer et réaliser les expériences en opérations
• Générer et archiver les résultats et les
livrer à la communauté scientifique
ACES
mission objectives
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1 et 2 :
ACES clocks
on-board the
international
Space Station
he ACES mission aims at
operating ultra stable clocks
on board comparing them to
ground clocks on the ground located all
around the world. This is meant to demonstrate the performances of a new generation
of atomic clocks in space (frequency stability and accuracy at the 10-16 level). The
ACES clock signal will be used to generate a
stable and accurate time base, will allow
accurate tests of Einstein’s theory of
General Relativity and other applications in
universal time scales, global positioning
and navigation, geodesy, etc..
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At present, the ACES mission is in phase
C/D phase, scheduled for launch in 2012.
The planned mission duration is 18
months.
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ACES (Atomic Clock in Space) is an ESA payload
which will fly on-board the ISS (International
Space Station) as an External Payload.
ACES clocks on-board the
international Space Station
ACES is fixed on the External Payload
Facilities of Columbus, at the Nadir location. The stable and accurate time base
generated by the ACES clocks is delivered to
ground through a high-performance two-way
time and frequency transfer link. The clock
signal is used to perform space-to-ground
as well as ground-to-ground comparisons of
atomic frequency standards.
ACES Payload
ACES, with a total mass of 227 kg and a
power consumption of 450 W, is a payload
constituted:
h
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ACES Ground Segment
The ACES mission uses the following segments and elements on ground:
• ACES Ground Segment within CADMOS
• Supporting Segment
- Columbus Control Centre (Col-CC)
- NASA Op&GS
• MWL Link Ground Terminal
- Based on the mission analysis and
clock availability, need for 6 MWL
ground terminals and one transportable terminal has been established, so
in total 7 terminals are required to fulfil the ACES mission requirements.
• Ground Clocks (provided by the
scientific laboratories)
• ACES User Segment (Investigator
Working Group for scientific planning
and monitoring and Users for product
distribution) with its facilities.
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By 2 clocks:
• PHARAO, a cold caesium clock is under
development and funded by CNES. PHARAO will provide a 100 MHz clock signal
with fractional frequency and accuracy at
the 10-16 level.
• SHM, an hydrogen Maser clock, developed
by
Neuchâtel
Observatory
(Switzerland) and funded by Switzerland.
ACES ground segment environment
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And by specific equipments:
• MWL, a Micro-Wave Link that allows the
information transfer between board and
ground. It is composed of two elements:
MWL-Ground Terminal and MWL Flight
Segment.
• FCDP, a unit for frequency comparison
and distribution, XPLC, a central processing unit, and PDU, an energy distribution
unit.
The role of CADMOS
consists of:
• Control and monitoring the payload,
including Micro-Wave Link Ground
Terminal
• Operations planning preparation and
execution
• Product generation, data archive and
products delivery to scientists community