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Comment une horloge atomique va amener les humains sur Mars à l'heure

 
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Marine
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PostPosted: Tue 25 Jun 2019 - 12:36    Post subject: Comment une horloge atomique va amener les humains sur Mars à l'heure Reply with quote

Les navigateurs de la NASA aident à construire un avenir où les engins spatiaux pourraient se déplacer de manière sûre et autonome vers des destinations telles que la Lune et Mars.

Aujourd'hui, les navigateurs indiquent à un vaisseau spatial où aller en calculant sa position depuis la Terre et en envoyant les données de localisation vers l'espace dans un système de relais bidirectionnel pouvant durer de quelques minutes à des heures pour donner les directions. Cette méthode de navigation signifie que, quelle que soit la distance parcourue par une mission dans le système solaire, nos vaisseaux spatiaux sont toujours attachés au sol, dans l’attente des commandes de notre planète.

Cette limitation pose des problèmes évidents pour une future mission en équipage sur une autre planète. Comment les astronautes peuvent-ils naviguer loin de la Terre s'ils ne contrôlent pas immédiatement leur destination? Et comment peuvent-ils atterrir avec précision sur une autre planète quand il y a un retard de communication qui affecte la rapidité avec laquelle ils peuvent ajuster leur trajectoire dans l'atmosphère?

La Deep Space Atomic Clock de la NASA est un appareil de la taille d'un grille-pain qui vise à répondre à ces questions. C'est le premier instrument de type GPS, suffisamment petit et stable pour voler dans un vaisseau spatial. La démonstration technologique permet au vaisseau spatial de savoir où il se trouve sans avoir à compter sur ces données de la Terre. À la fin du mois de juin, l'horloge lancera l'horloge de la fusée SpaceX Falcon Heavy en orbite terrestre pendant un an. Elle permettra de déterminer si elle peut aider les engins spatiaux à se repérer dans l'espace.

Si l'année d'essai dans l'horloge spatiale de Deep Space Atomic se déroule bien, cela pourrait ouvrir la voie à un avenir de navigation à sens unique dans lequel les astronautes sont guidés par un système de type GPS sur la surface de la Lune ou peuvent effectuer leurs propres missions en toute sécurité. sur Mars et au-delà.

"Chaque vaisseau spatial explorant l'espace profond est dirigé par des navigateurs sur Terre. L'horloge atomique à espace profond va changer cela en permettant la navigation autonome à bord, ou un vaisseau spatial autonome", a déclaré Jill Seubert, l'enquêteur principal adjoint.

Il n'y a pas de GPS dans l'espace lointain

Les horloges atomiques dans l'espace ne sont pas nouvelles. Chaque appareil GPS et smartphone détermine sa position via des horloges atomiques sur des satellites en orbite autour de la Terre. Les satellites envoient des signaux depuis l'espace et le récepteur triangule votre position en mesurant le temps que prennent les signaux pour atteindre votre GPS.

Actuellement, les engins spatiaux volant au-delà de l'orbite terrestre ne disposent pas d'un GPS pour se frayer un chemin dans l'espace. Les horloges atomiques des satellites GPS ne sont pas assez précises pour envoyer des instructions à un vaisseau spatial, alors qu’être éteintes de moins d’une seconde pourraient signifier manquer une planète de plusieurs kilomètres.

Au lieu de cela, les navigateurs utilisent des antennes géantes sur Terre pour envoyer un signal à l'engin spatial, qui le renvoie à la Terre. Les horloges au sol extrêmement précises mesurent le temps nécessaire au signal pour effectuer ce trajet aller-retour. La quantité de temps leur dit à quelle distance se trouve le vaisseau spatial et à quelle vitesse il va. Ce n'est qu'alors que les navigateurs peuvent envoyer des instructions au vaisseau spatial, lui indiquant où aller.

"C'est exactement le même concept qu'un écho", a déclaré Seubert. "Si je me tiens devant une montagne et que je crie, plus l'écho met longtemps à revenir, plus la montagne est éloignée."

La navigation dans les deux sens signifie que, quelle que soit la profondeur de la mission, une mission doit toujours attendre qu'un signal porteur de commandes franchisse les grandes distances entre les planètes. C'est un processus rendu célèbre par des atterrissages sur Mars, comme Curiosity, lorsque le monde a attendu 14 longues minutes avec le contrôle de la mission pour que le rover envoie le message qu'il a atterri en toute sécurité. Ce délai est un temps d’attente moyen: selon l’endroit où la Terre et Mars se trouvent sur leur orbite, le trajet d’un signal à sens unique peut prendre entre 4 et 20 minutes entre deux planètes.

C'est un moyen lent et laborieux de naviguer dans les espaces lointains, qui relie les antennes géantes du réseau Deep Space de la NASA comme une ligne téléphonique occupée. Au cours de cet échange, un engin spatial volant à des dizaines de milliers de kilomètres à l’heure pourrait se trouver dans un endroit totalement différent au moment où il «sait» où il se trouve. 

Une meilleure façon de naviguer

Une horloge atomique suffisamment petite pour voler en mission mais suffisamment précise pour donner des directions précises pourrait éliminer la nécessité de ce système à double sens. Les futurs navigateurs enverraient un signal de la Terre à un vaisseau spatial. Comme ses cousins ​​terrestres, l’horloge atomique de l’espace profond à bord mesurait le temps qu’il fallait à ce signal pour l’atteindre. L’engin spatial pourrait alors calculer sa propre position et sa propre trajectoire, en se donnant essentiellement des directions.

"Avoir une horloge à bord permettrait la navigation radio à bord et, associé à la navigation optique, offrirait aux astronautes un moyen plus précis et plus sûr de naviguer eux-mêmes", a déclaré Todd Ely, chercheur principal en horloge atomique de Deep Space.

Cette navigation à sens unique a des applications pour Mars et au-delà. Les antennes DSN pourraient communiquer avec plusieurs missions à la fois en diffusant un seul signal dans l'espace. La nouvelle technologie pourrait améliorer la précision du GPS sur Terre. De plus, plusieurs engins spatiaux dotés d'horloges atomiques dans l'espace profond pourraient graviter autour de Mars, créant ainsi un réseau de type GPS qui donnerait des indications aux robots et aux humains à la surface.

"L'horloge atomique dans l'espace lointain aura la capacité d'aider à la navigation, pas seulement localement mais également sur d'autres planètes. Une façon de le penser est comme si nous avions un GPS sur d'autres planètes", a déclaré Eric Burt, le développement de l'horloge ionique. conduire.

Burt et ses collègues physiciens de l'horloge JPL, Robert Tjoelker et John Prestage, ont créé une horloge aux ions mercure, qui maintient sa stabilité dans l'espace de la même manière que les horloges atomiques de la taille d'un réfrigérateur sur Terre. Lors de tests en laboratoire, l’horloge atomique dans l’espace profond s’est révélée 50 fois plus précise que les horloges GPS. C'est une erreur de 1 seconde tous les 10 millions d'années.

La démonstration de l'horloge dans l'espace déterminera si elle peut rester stable en orbite. Si tel est le cas, une horloge atomique dans l'espace lointain pourrait voler en mission dès les années 2030. Le premier pas vers un engin spatial autonome qui pourrait un jour transporter les humains dans d’autres mondes.

L'horloge atomique dans l'espace lointain est hébergée sur un vaisseau spatial fourni par General Atomics Electromagnetic Systems à Englewood, dans le Colorado. Il est parrainé par le programme de missions de démonstration de technologies de la direction de mission de la technologie spatiale de la NASA et par le programme de communications et de navigation spatiales de la direction de mission d’ exploration humaine et des opérations de la NASA. JPL gère le projet.

Voici cinq choses à savoir sur l'horloge atomique de l'espace profond de la NASA:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/five-things-to-know-about-nasas-deep-space-atomic-clock 
Découvrez les autres missions de la NASA associées au lancement du SpaceX Falcon Heavy comportant l’horloge atomique du Deep Space:

https://www.nasa.gov/spacex 
 
Arielle Samuelson 
Laboratoire de propulsion par réaction, Pasadena, Californie 
818-354-0307 
arielle.a.samuelson@jpl.nasa.gov
2019-116
Dernière mise à jour: le 17 juin 2019
Éditeur: Tony Greicius


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