Gravitation and Geodesy with Inertial Sensors, from Ground to Space

Description

Since the years 2000, three space missions, CHAMP, GRACE, and GOCE, have led us to consider the Earth's gravitational field and its measurement in a new light, using dedicated sensors and adequate data processing, revealing the changes in the Earth's field as the true signal rather than the disturbing terms in addition to the geostatic reference field. Besides the possibilities offered by new technologies for the development of inertial sensors, a space environment of course involves special constraints, but also allows the possibility of a specific optimization of the concepts and techniques well suited for microgravity conditions. We will analyze and compare with others the interest in the electrostatic configuration of the instruments used in the main payload of these missions, and we will consider the recent MICROSCOPE mission, which takes advantage of the same mission configuration as a gradiometry mission to test the universality of free fall whatever the mass composition. A few days after launching the satellite in April 2016, we will show how we intend to validate the future result, the existence or not of a violation signal of the equivalence principle, taking into account the laboratory tests, where available, and the in-flight demonstrated performance during the calibration phases and the scientific measurements. With regard to ground measurements, either fixed or mobile, or under marine or aircraft conditions, we will demonstrate the complementary interest of the atomic interferometer. Finally, we will briefly discuss the future envisaged for these technologies, like that already implemented in the Lisa-Pathfinder mission without a gold wire for the electrical control of the charges of the mass, and these types of mission.

Abstract (French)

Depuis les années 2000, trois missions spatiales, CHAMP, GRACE et GOCE, ont changé notre façon d'aborder le champ de gravité terrestre et sa mesure, en exploitant des instruments dédiés et des traitements de données adéquates, considérant que les changements mesurés du champ de la Terre sont bien des signaux pertinent et non des termes d'erreur ajoutés au champ de référence géostatique. En plus des possibilités offertes par les nouvelles technologies pour le développement de capteurs inertiels, l'environnement spatial comporte bien sûr des contraintes, mais permet également une optimisation spécifique des concepts et des techniques aux conditions de microgravité. Nous allons analyser et comparer l'intérêt de la configuration électrostatique des instruments exploités dans la charge utile principale de ces missions, et envisager la mission récente MICROSCOPE qui tire parti de la même configuration de mission pour effectuer le test de l'universalité de la chute libre quelle que soit la composition de masse. Quelques jours après le lancement du satellite en avril 2016, nous allons montrer comment nous avons l'intention de valider le résultat futur, l'existence ou non, d'un signal de violation du principe d'équivalence, en tenant compte des tests en laboratoire lorsqu'ils sont disponibles, et des performances démontrées en orbite durant les phases de mesure scientifique et d'étalonnage. En ce qui concerne les mesures au sol, fixes ou mobiles, avec des conditions maritimes ou aéronautiques, nous allons démontrer l'intérêt complémentaire de l'interféromètre atomique. Enfin, nous discuterons brièvement de l'avenir envisagé pour ces technologies comme celle de Lisa-pathfinder sans contact pour le contrôle de la charge de la masse et ce type de missions.

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