ECHO : Avancer les Mesures des Signaux Cosmiques

Cet article parle de l'ECHO, un calibrateur externe pour les observatoires d'hydrogène, qui est un système conçu pour améliorer la précision des télescopes radio. Ce système se concentre particulièrement sur la mesure des signaux de l'univers, comme la Ligne de 21 cm, qui est clé pour étudier l'univers primitif. Les méthodes traditionnelles pour mesurer ces signaux présentent divers défis, donc l'utilisation de drones offre une solution moderne.

#Le besoin de mesures précises

Quand on étudie le ciel nocturne, il est crucial d'obtenir des mesures précises des télescopes radio. Ces télescopes utilisent des antennes pour capter des signaux d'événements cosmiques lointains. Un de ces signaux est la ligne d'hydrogène de 21 cm, qui peut donner des aperçus sur les premiers moments de l'univers. Cependant, ce signal est très faible comparé au bruit de fond d'autres sources, ce qui rend son observation difficile.

Les antennes utilisées dans les télescopes radio ont une zone ou un "faisceau" spécifique où elles peuvent collecter des signaux. Comprendre comment ces faisceaux fonctionnent est essentiel pour détecter des signaux faibles. Malheureusement, mesurer ces faisceaux est compliqué, surtout pour les grandes antennes.

#Les défis des méthodes traditionnelles

En général, les mesures de faisceau se font dans des environnements contrôlés. Cependant, pour les grandes antennes, il est difficile de reproduire les conditions réelles en lab. Les petits espaces d'essai ne peuvent pas accueillir de grandes antennes, tandis que les setups en extérieur oublient souvent des facteurs critiques comme la météo et les objets environnants.

La calibration sur le terrain est nécessaire mais pose ses propres défis. Les astronomes ont exploré différentes méthodes, y compris des systèmes satellites et d'autres solutions créatives, mais beaucoup de ces approches ont des limites. Une alternative prometteuse est d'utiliser des drones pour ces mesures.

#Le projet ECHO

Le projet ECHO a été lancé pour aborder les problèmes de mesure de la ligne de 21 cm avec des drones. L'objectif était de créer un système de drones capable de cartographier efficacement les faisceaux d'antenne sur une large zone. Un test de ce système a montré des résultats prometteurs, avec des mesures précises à 1 % près.

Le drone ECHO fonctionne en volant dans une zone désignée tout en transportant un émetteur qui envoie des signaux. Le but est de cartographier le faisceau dans l'espace tridimensionnel, permettant aux scientifiques de mieux comprendre comment les antennes collectent les signaux.

#Conception d'une nouvelle plateforme de drone

Après des tests initiaux montrant le potentiel d'utiliser des drones pour ce projet, une nouvelle plateforme de drone a été conçue. Plusieurs facteurs ont été pris en compte pendant le processus de conception, y compris le besoin de stabilité, de longs temps de vol et la capacité de transporter du matériel.

Ils ont évalué différentes options de drones, en gardant à l'esprit la nécessité d'une haute stabilisation et la capacité de voler pendant au moins 30 minutes. Le design choisi a utilisé une configuration d'hexacoptère, qui offrait à la fois stabilité et capacité de charge requise.

#Réduction du bruit du drone

Un des problèmes majeurs rencontrés avec les drones est l'interférence de fréquence radio (IFR) produite par les composants du drone. Quand un drone est dans les airs, le bruit qu'il génère peut interférer avec les signaux délicats que les antennes essaient de détecter.

Des tests réalisés lors d'essais sur le terrain ont montré que lorsque le drone était en fonctionnement, les niveaux d'IFR augmentaient considérablement, rendant difficile la séparation du bruit du drone et des signaux mesurés. Pour résoudre ce problème, une étude a été menée pour isoler la source du bruit.

Il a été constaté que les systèmes d'alimentation et certains composants généraient la plupart des interférences. Des solutions comme le blindage et l'utilisation d'alimentations à faible bruit ont été mises en œuvre pour minimiser cet effet.

#L'utilisation d'un chopper board

Pour améliorer encore les mesures, un chopper board a été développé. Cet appareil peut éteindre et allumer le signal, permettant une meilleure isolation du bruit de fond produit par le drone.

Le fonctionnement est simple : quand le signal est éteint, le bruit de fond du drone peut être mesuré séparément. Cette technique améliore la capacité à analyser les signaux reçus par les antennes.

#Tests de performance du système de drone

Une fois les nouvelles modifications apportées, le système de drone a subi des tests rigoureux. Des essais initiaux ont été réalisés dans des observatoires dédiés, où les performances du drone ont été évaluées dans des conditions réelles.

Bien qu'il y ait eu quelques défis, y compris des cas où les systèmes automatisés ont mal fonctionné, dans l'ensemble, le drone a constamment collecté des données précieuses. La configuration des moteurs et des hélices permettait suffisamment de poussée pour soulever le système avec sa charge dans les airs.

Bien qu'il y ait eu des problèmes avec la stabilité et les systèmes de contrôle du drone, notamment concernant sa capacité à maintenir l'altitude, des ajustements au fil du temps ont permis d'améliorer les performances. Des techniques d'isolation des vibrations ont été employées pour améliorer la réponse du système de contrôle.

#La charge utile RF

Un élément essentiel du système de drone est la charge utile RF, qui inclut l'émetteur et d'autres composants électroniques. Des améliorations ont été identifiées lors des tests initiaux, notamment concernant la manière dont la charge utile était montée sur le drone.

Auparavant, l'antenne était suspendue avec une ligne de pêche, ce qui entraînait trop de mouvement et introduisait des erreurs. Le nouveau design implique un système de empilement qui permet une fixation plus facile et assure que l'antenne reste stable pendant le vol.

#Nouvel émetteur de bruit

Un défi majeur dans la mesure de la ligne de 21 cm est d'assurer que la bonne bande passante soit couverte. Pour y remédier, un nouvel émetteur de bruit a été développé, capable de produire une large gamme de signaux.

Cela signifie que les mesures peuvent désormais être prises sur une plage de fréquences plus large, rendant le processus de calibration plus efficace. L'émetteur de bruit peut générer des signaux entre 60 et 80 MHz, qui sont cruciaux pour étudier les signaux faibles de l'espace.

#Travaux futurs

Il y a des efforts en cours pour affiner le système ECHO pour des performances encore meilleures. Les objectifs incluent améliorer la durabilité du drone, faciliter son utilisation dans diverses conditions de terrain, et garantir une collecte de données cohérente.

Les tests futurs continueront de se concentrer sur l'atteinte d'un contrôle de hauteur stable et la minimisation de l'impact des vibrations. L'idée est de créer un système fiable qui peut fonctionner dans différents environnements et recueillir des données cruciales pour notre compréhension de l'univers.

#Conclusion

Le projet ECHO montre une approche innovante pour mesurer les signaux astronomiques. En utilisant des drones, les chercheurs peuvent adresser de nombreux défis rencontrés avec les méthodes de mesure traditionnelles. Avec des améliorations continues, l'objectif est de révolutionner notre compréhension du cosmos et des signaux faibles qui racontent l'histoire des premiers jours de notre univers. Grâce à un engagement et une innovation continus, le rêve d'une compréhension plus profonde du cosmos devient plus accessible.