Segment spatial (T2L2)

T2L2 est constitué de deux ensembles, optique et électronique. LaFigure 2.11localise T2L2 (ensemble électronique) à l’intérieur de la plateforme PROTEUS de Jason-2, ainsi que son optique qui est placée à proximité du LRA. l’optique est fournie par le Jet Pro- pulsion Laboratory (JPL), est utilisée pour l’orbitographie de précision (télémétrie laser) et est située à l’extérieur de la plateforme. Une photographie (Figure 2.13) et un schéma (Figure 2.12) présente l’ensemble électronique (8 kg) et optique (1.5 kg) de T2L2.

Le module opto-électronique permet de détecter et dater les impulsions laser émises par les stations laser. Le module de photo-détection est situé à 6 - 7 cm du LRA. À bord de Jason-2, l’alignement des voies optiques doit être précis à 0.1°, pour que les deux détecteurs mesurent la même "chose" et le plus proche possible du LRA. La différence de chemin entre le point de référence optique du LRA et le point de référence de datation du boîtier optique non-linéaire doit être précisément connu pour le traitement du transfert de temps.

2.2. T2L2

Figure 2.11 – Position de T2L2 dans le satellite Jason-2. Source : Samain et al.(2008b).

Figure 2.12 – Représentation schématique des deux modules, optique et électronique de T2L2 Source. : Samain et al. (2015).

2.2. T2L2

Figure 2.13 – Photographie du module électronique de T2L2 relié au module optique et au LRA.

T2L2 détecte puis date l’instant d’arrivée des impulsions laser (30 - 50 ps) à 532.1 nm de longueur d’onde. Pour obtenir un bon rapport signal sur bruit, l’optique est équipée d’un filtre interférenciel étroit (2 nm) centré autour de la longueur d’onde du laser dans le vert. Le champ de vue de l’optique T2L2 est limité à ± 55°, si Jason-2 est trop bas (5°) sur l’horizon, T2L2 ne pourra pas détecter les impulsions lumineuses. Un contrôle thermique actif permet de maintenir l’optique dans sa gamme de température fonctionnelle. Cette partie est pilotée par la plateforme PROTEUS de Jason-2.

L’électronique de détection pilote les deux photo-détecteurs (linéaire et non-linéaire) et elle permet l’ajustement du seuil de détection, de déclencher le photo-détecteur non linéaire, d’assurer le traitement des signaux électriques et de mesurer l’énergie. Le boîtier électronique est constitué du dateur, de la synthèse de fréquence et la photo-détection. Cette électronique permet les fonctions de gestion de l’instrument, le pilotage des fonctions de datation et de détection, l’acquisition des données de datation, la numérisation des télémesures, la communication avec le satellite et la distribution de l’énergie (28 V Jason - 2).

Le boîtier non-linéaire (composé d’un photo-détecteur à avalanche en mode Geiger) permet la collecte et le filtrage de l’impulsion laser qui sera transmise via une fibre optique au boîtier électronique. La fonction la plus importante du boîtier non-linéaire, est de générer une impulsions électrique à partir d’un faible niveau de lumière. Le délai (time walk) de propagation dépend du nombre de photons reçus, donc de l’énergie (Vrancken,

2.2. T2L2

Figure 2.14 – Mesure par T2L2 du flux solaire (bleu) et de l’énergie des impulsions laser reçues depuis la station de Grasse (rouge), pour la période 1 Août 2015 au 31 Août 2016.

2008). Son temps mort électronique est de 200 µs ; il correspond à un taux d’acquisition de 5 000 Hz max. Ce temps mort est suffisant pour que toutes les stations observent T2L2. Le seuil de détection est à 0.1 µJm≠2.

Le boîtier optique de la voie linéaire collecte et filtre une partie de l’impulsion laser pour éviter le bruit temporel induit par les variations incontrôlables d’énergie (erreur de pointage, atmosphère, variation d’énergie du laser...) et contient le photo-détecteur qui mesure l’énergie reçue. Le détecteur linéaire mesure aussi le flux d’albédo terrestre afin de déterminer le niveau de bruit lumineux. Lorsque le flux solaire est plus élevé que l’énergie des impulsions, le rapport signal sur bruit est mauvais. Un exemple de détection est représenté sur la Figure 2.14.

Datation

L’électronique de datation est organisée autour d’un compteur logique et d’un vernier qui assurent respectivement la datation grossière et fine des événements opto-électroniques détectés par l’instrument. Le compteur et le vernier sont pilotés par une horloge synthé- tisée à partir du signal 10 MHz fourni par l’OUS DORIS. Cette électronique va générer aussi l’ensemble du processus de calibration interne de l’instrument (Samain et al.,2014). La datation est effectuée dans la base de temps locale de l’instrument qui est reliée à l’OUS (voir justement le Tableau 2.3 pour la stabilité de l’oscillateur bord). Cependant, les datations sont aussi reliées à un Pulse Par Seconde (PPS) GPS, via un récepteur mono

2.2. T2L2

Période de temps Stabilité de fréquence

10 s 4 · 10≠13

1000 s 10≠13

Table 2.3 – Stabilité de l’OUS servant de référence de datation de T2L2

fréquence, d’une résolution de ± 0.285 µs. Le fait de disposer à bord d’un dateur qui est capable de noter les dates d’arrivée des impulsions laser et, toutes les secondes, de dater également le signal 1-PPS venant du GPS de la plateforme est un avantage considérable : pour les traitements effectués au CMS et pour repérer les dates d’évènements dans l’échelle de temps GPS time proche de l’UTC.

Par un traitement spécifique au CMS, indépendant de la métrologie sol-bord (le trans- fert de temps sol-espace) à évaluer pour chaque passage laser, il est possible de récupérer une différence moyenne entre les dates laser et les dates à 1 s venant du GPS. Ce calcul s’affranchit donc des incertitudes (pouvant être considérées comme du bruit blanc pendant cette période de 1 s) liées à l’oscillateur bord, puisqu’il existe toujours un PPS du GPS qui "tombe" pas très loin d’un pulse laser. En revanche, puisque le jitter du PPS est de 0.3 µs, avec une moyenne de 600 triplets par passage, l’écart moyen des dates au GPS time est donc estimé à 300/Ô600 ns soit environ 12 ns. Ceci permet au CMS de raccorder les valeurs du dateur de l’OUS bord à l’UTC (via le GPS time) de manière certes provisoire, mais suffisante pour trier/traiter les données. Cela permet aussi de surveiller l’évolution des dates d’une station laser par rapport au GPS time qui est forcément très stable sur le long terme (voir chapitre 4, section 4.2).

La stabilité de l’instrument concernant la datation et la détection, tout en incluant les erreurs internes, est estimée à 12 ps à 1 s. La spécification de T2L2 permet de maintenir une précision de 1 à quelques ps sur une moyenne de 1000 s permettant un transfert de temps sol-espace d’une stabilité de 7 ps à 30 s avec des stations munies de H-maser (Vrancken, 2008;Exertier et al., 2010).