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Dans le domaine de la navigation par satellite, la précision est primordiale. Au cœur de cette précision se trouvent les horloges atomiques, des dispositifs essentiels pour le bon fonctionnement des satellites de navigation. Ces horloges, cependant, sont confrontées à des défis de durabilité qui nécessitent des innovations constantes. L’Agence spatiale européenne (ESA) mène la charge pour prolonger la durée de vie de ces horloges, essentielles au système de navigation par satellite Galileo (GNSS).
Les horloges atomiques offrent une précision inégalée dans la mesure du temps. Ces horloges, basées sur les mouvements des électrons, sont si précises qu’elles ne se trompent que d’une seconde tous les trois millions d’années. Cette précision est vitale, car une petite erreur de temps peut se traduire par une grande inexactitude dans le positionnement. Le système Galileo comprend 30 satellites, dont 24 en activité et six en réserve. Chaque satellite est équipé de quatre horloges atomiques : deux masers à hydrogène passif (PHM) et deux horloges au rubidium.
En 2017, plusieurs horloges atomiques à bord des satellites Galileo ont connu des défaillances. Bien que ces incidents n’aient pas affecté les opérations grâce aux horloges de secours, ils ont mis en évidence la nécessité d’améliorer la durabilité de ces dispositifs. L’usure des horloges atomiques est un problème majeur, comme le montre une image microscopique révélant la dégradation de ces horloges au fil du temps. L’Agence spatiale européenne (ESA) s’efforce d’améliorer la longévité des horloges atomiques utilisées dans le GNSS.
Les recherches se concentrent notamment sur les masers à hydrogène passif (PHM). Les PHM s’appuient sur les électrons en orbite autour des atomes d’hydrogène, en utilisant des masers pour stimuler ces électrons et émettre des signaux micro-ondes extrêmement stables. Deux ampoules de verre jouent un rôle clé dans la précision des horloges. L’une d’elles, le confinateur de plasma, sépare les molécules d’hydrogène en atomes. Cependant, le plasma altère l’intérieur de l’ampoule, affectant ainsi la durée de vie de l’horloge.
L’image principale illustre les dommages causés par le plasma à l’intérieur de l’ampoule de verre. L’objectif est de prolonger la durée de vie de ces ampoules, ce qui, à son tour, prolongerait la durée de vie des horloges et des satellites du GNSS. L’ESA et l’Union européenne planifient le déploiement de la deuxième génération de satellites Galileo (G2G), destinée à servir plus de quatre milliards d’utilisateurs à travers le monde.