Les innovations de drones font progresser l'astronomie radio dans l'Arctique

Des efforts récents en radioastronomie se concentrent sur un signal spécifique lié à l'hydrogène dans l'espace. Un des défis dans ce genre de recherche, c’est de comprendre comment une antenne capte ces signaux. Un nouveau projet, un réseau d'Antennes installé dans l'Arctique canadien, cherche à cartographier ces signaux à des fréquences plus basses. Pour ça, un drone spécial équipé d'un émetteur est utilisé pour étudier comment ces antennes fonctionnent.

#Le Besoin d'une Calibration Précise des Antennes

Quand les scientifiques examinent des signaux venant de l'espace, ils doivent savoir comment leurs instruments réagissent à ces signaux. Ça se fait en mesurant le "patron de faisceau" de l'antenne, qui décrit à quel point l'antenne détecte les signaux venant de différentes directions. En général, on déplace l'antenne pour voir comment elle capte la lumière des étoiles brillantes et d'autres objets célestes. Mais quand les antennes sont fixes, cette méthode marche moins bien.

Pour régler ce souci, les chercheurs utilisent maintenant des Drones qui peuvent voler autour de l'antenne tout en émettant un signal. Ça permet de faire des mesures plus vite et de manière plus flexible au lieu d'attendre que certaines étoiles passent devant l'antenne.

#Vue d'Ensemble du Système de Drone

Le système de drone dont il est question est fait sur mesure pour ce projet. Utiliser des drones disponibles dans le commerce serait trop cher et risqué. Les drones sur mesure permettent des réparations et des ajustements plus faciles dans cet endroit reculé de l'Arctique. Ce drone est construit avec un cadre en fibre de carbone pour la solidité et fonctionne avec une batterie lithium-polymère, lui donnant environ 30 minutes de temps de vol.

Le drone peut être contrôlé automatiquement ou manuellement, selon la situation. Il utilise un contrôleur de vol pour gérer ses mouvements et sa position, s'assurant qu'il reste stable pendant qu'il vole et collecte des Données.

#La Charge Utile de Calibration

Le drone emporte une charge utile de calibration, qui inclut une horloge générant un signal radio spécifique. Ce signal peut être ajusté à différentes fréquences, les premiers tests étant réalisés à 50 MHz. La puissance de ce signal est suffisante pour les mesures nécessaires pour évaluer comment l'antenne réagit sans avoir besoin d'amplification supplémentaire.

Les composants de la charge utile sont fixés au drone avec un système de montage sur mesure. Ce système est conçu pour protéger les composants en cas d'atterrissage difficile du drone.

#Planification des Trajets de Vol

Lors du vol du drone, l'équipe suit un schéma défini au-dessus de l'antenne. Ils surveillent les mouvements du drone depuis une station de base. Plusieurs facteurs influencent le Trajet de vol, comme la hauteur nécessaire pour des mesures efficaces, la durée de vie de la batterie et les taux d'enregistrement des données.

Les opérateurs ont développé une approche spécifique pour s'assurer qu'ils couvrent la zone requise et recueillent suffisamment de données pour une cartographie précise du faisceau. Pour les tests en cours, ils visent à couvrir une zone carrée d'environ 80 mètres de chaque côté, en volant à une altitude prudente par rapport à l'antenne.

#Défis dans l'Environnement Arctique

Faire voler un drone dans l'Arctique pose plusieurs défis uniques. Lors des tests initiaux, des problèmes sont apparus avec les capteurs de localisation, entraînant un vol erratique et des crashs. Pour résoudre ça, l'équipe a développé un nouveau système utilisant deux unités GPS pour recueillir des informations de direction précises, éliminant ainsi la dépendance au compas magnétique, qui peut être peu fiable dans les régions polaires.

En plus des problèmes de direction, le drone a également rencontré des vibrations excessives qui affectaient sa stabilité. L'équipe a trouvé une solution en plaçant un rembourrage en mousse entre le système de contrôle du drone et son cadre, ce qui a considérablement amélioré ses performances.

#Traitement des Données et Résultats Préliminaires

Pendant que le drone vole, il collecte des données sur les signaux reçus par l'antenne. Ces informations sont traitées par morceaux pour créer une image plus claire de la performance de l'antenne. En moyennant les données et en éliminant le bruit indésirable, l'équipe peut créer une carte montrant la puissance reçue par l'antenne.

Les résultats initiaux ont montré des données prometteuses, indiquant un fonctionnement réussi. Toutefois, les corrections pour les erreurs systématiques seront abordées dans les analyses ultérieures.

#Leçons Apprises et Directions Futures

Le projet a montré que l'utilisation d'un drone fait sur mesure peut être efficace pour la calibration des antennes dans des environnements difficiles. La capacité à effectuer des réparations et des ajustements sur le terrain s'est révélée bénéfique, même si l'équipe reconnaît l'importance de vérifications pré-vol minutieuses et d'une surveillance des données de vol étroite.

À l'avenir, l'équipe prévoit de continuer à utiliser le drone pour recueillir plus de données tout en développant davantage l'array d'antennes. Ils visent à affiner leurs méthodes pour capturer des détails supplémentaires sur la réponse de l'antenne, surtout à des fréquences plus basses qui sont cruciales pour leurs objectifs de recherche.

L'équipe travaille à améliorer le design de la charge utile de l'émetteur et explore des options pour de nouveaux moteurs et batteries afin d'augmenter l'efficacité et les performances. Ils prévoient également d'implémenter le contrôle à distance pour certaines fonctions, permettant des ajustements pendant les vols sans avoir à faire atterrir le drone.

#Conclusion

L'intégration de la technologie des drones dans la recherche en radioastronomie représente un avancement significatif dans la manière dont les scientifiques mesurent et analysent les données des antennes. Malgré les défis posés par l'environnement arctique, l'utilisation réussie des drones offre des perspectives prometteuses pour de futures recherches et explorations. Alors que le projet avance, l'équipe est optimiste que ces méthodes innovantes mèneront à de nouvelles découvertes pour comprendre l'univers et les signaux qu'il émet.