Mission

Principe de l'Expérience

L'expérience T2L2 est basée sur la propagation d'impulsions lumineuses de courte durée entre les horloges à synchroniser.

L'horloge au sol et l'horloge embarquée à synchroniser sont reliées respectivement à une station laser et à l'instrument embarqué T2L2 (Figure ci-dessous). L'instrument embarqué est constitué d'un système de photo détection, d'un dateur et d'un dispositif de rétro-réflexion. La station laser émet des impulsions laser vers le satellite où le dispositif de rétro-réflexion renvoie une partie des photons reçus vers la station. La station enregistre les dates de départ et de retour des impulsions, l'instrument T2L2 date leur instant d'arrivée à bord du satellite. Pour une série d'impulsions émises depuis une station A, on peut alors calculer le décalage XA entre l'horloge A et celle du satellite. On peut de même calculer le décalage XB entre l'horloge d'une station B et celle du satellite. Le transfert de temps entre les stations A et B est alors déduit de la différence entre XA et XB. Ce transfert peut être réalisé en vue commune, les deux stations tirant alors dans le même intervalle de temps, ou en vues non communes. Dans ce dernier cas, le bruit de l'horloge bord sur l'intervalle de temps séparant les observations de A et B entre en compte dans le bilan de performance.

Le système T2L2 doit permettre un transfert de temps au niveau de la picoseconde.

Principe de l'expérience T2L2

Dans le cas de l'emport de T2L2 sur Jason-2, l'horloge bord et le dispositif de rétro-réflexion ne font pas partie de l'instrument T2L2 mais sont déjà disponibles sur le satellite. L'horloge bord est réalisée par l'oscillateur local de l'instrument DORIS et la rétro-réflexion est assurée par le LRA, pyramide de 9 coins de cube utilisée pour la télémétrie laser.

Mission

Le système T2L2 doit permettre une amélioration d'un à deux ordres de grandeur des performances des systèmes de comparaison à distance des horloges terrestres et spatiales. Une telle amélioration ouvre des perspectives nouvelles non seulement pour la métrologie Temps / Fréquence mais aussi en Physique Fondamentale et dans bien d'autres domaines.

T2L2 autorise la synchronisation d'horloges distantes réparties tout autour de la Terre, le suivi de l'horloge embarquée sur le satellite et la réalisation de transferts de temps bord-sol et sol-sol, dans ce dernier cas que les stations soient en vue commune ou non.

Son principe est basé sur la propagation d'impulsions lumineuses entre les horloges à synchroniser.

L'instrument T2L2 est embarqué en tant que passager technologique sur le satellite Jason-2. Celui-ci doit être placé sur la même orbite que Jason-1, dont il assurera la continuité, à une altitude de 1336 km avec une inclinaison de 66°. A cette altitude, l'orbite a une période de 113 minutes. Le satellite repasse à la même position tous les 10 jours et l'écart entre deux traces consécutives est de 250 km.

Dans le cas de Jason-2, satellite à défilement en orbite basse, la durée de visibilité pour une station laser est typiquement 15 à 20 minutes. Nous retiendrons la valeur ronde de 1000 s pour nos calculs. Les périodes de visibilité seront regroupées en séquences de plusieurs passages espacés d'une période orbitale (environ 120 mn). Selon la latitude de la station, ces séquences contiendront soit 6 passages et seront espacées d'environ 24h soit 3 passages et seront espacées d'environ 12h. Selon la position des stations, des vues communes seront possibles (essentiellement à l'échelle d'un continent), ainsi que des vues "proches" (stations sur le même arc d'orbite avec un temps mort entre les deux de quelques minutes).

T2L2 n'est pas un système saturable et le nombre d'utilisateurs simultanés, qui pourrait atteindre 20 stations dans les zones à forte densité (Europe), n'est limité que par la capacité de stockage à bord des données de télémesure.

Une session d'observation type peut être décrite par les éléments suivants :

• Les tirs se feront préférentiellement de nuit (heure locale de la station utilisatrice) ; les tirs de jour ne doivent cependant pas être exclus car il n'y a aucune impossibilité technique à priori.
• Dès que le satellite est visible depuis la station laser, le télescope le pointe (sa position étant estimée grâce aux éphémérides prévisionnelles du satellite) et les tirs sont réalisés sur la durée la plus longue possible (les performances du transfert de temps s'améliorent avec l'accumulation des données qui seront utilisées dans les analyses statistiques).

Les objectifs de la mission T2L2 sur JASON-2 peuvent être classés en 3 catégories :

• Les objectifs technologiques liés à la validation fonctionnelle et des performances de T2L2.
• Les objectifs scientifiques liés à l'utilisation des mesures de comparaison d'horloges réalisées par T2L2.
  Les principaux domaines concernés sont la métrologie Temps - Fréquence (Constitution d'échelles de temps, étalonnages des autres dispositifs de comparaison...) et la Physique Fondamentale.

• Les objectifs complémentaires liés à l'apport de T2L2 à la mission Jason-2.
  Il s'agit de la caractérisation indépendante de l'OUS DORIS en particulier vis-à-vis de l'anomalie de l'Atlantique Sud (Radiations), de permettre une amélioration de la localisation des balises sol dans cette même région et de participer à la télémétrie laser en autorisant des mesures même en l'absence d'écho retour.

Ces objectifs sont également caractérisés en termes de priorités. Le caractère expérimental de cette première mission T2L2 fait que la priorité est donnée aux objectifs technologiques et à ceux liés directement à la mission Jason-2. Leur complétude dépend essentiellement des équipes projet et scientifique de la mission T2L2. La richesse des résultats scientifiques dépendra de plus de l'implication des communautés scientifiques intéressées par les "produits" T2L2, principalement les communautés Temps / Fréquence et Physique Fondamentale.

OBJECTIF			T2L2
Objectif		Classification	Performances
Technologiques	T2L2 : Validation du Transfert de Temps Validation des performances, stabilité et exactitude Télémétrie Laser ultra précise Télémétrie unidirectionnelle	Principale  Principale  Principale  Principale	10-15 sur un passage 10-16 sur un jour
Scientifiques	Métrologie Temps / Fréquence Etalonnage des liens Temps / Fréquence Caractérisation d'horloges embarquées Comparaison d'horloges sol Echelles de Temps	Secondaire  Secondaire  Secondaire  Secondaire	10-16 sur un jour 10-16 sur un jour 10-16 sur un jour 10-16 sur un jour
	Physique Fondamentale Dérive de la constante de structure fine Décalage vers le rouge Isotropie de la vitesse de la lumière	Secondaire  Secondaire  Secondaire	10-16 sur un jour 10-16 sur un jour 10-16 sur un jour
	Observation de la Terre Propagation atmosphérique	Secondaire	AD
	Géodésie	Secondaire	AD
	VLBI	Secondaire	AD
Complémentaires	Jason-2 : Caractérisation de l'oscillateur DORIS Amélioration de localisation des balises / SAA Contribution à la télémétrie Laser	Principale  Principale  Secondaire	10-15 sur un passage 10-15 sur un passage AD

En savoir plus...