Wat lijkt op een luchtfoto van een buitenaards landschap, is eigenlijk een scanning-elektronenmicroscoopopname van een testglasoppervlak, verkregen als onderdeel van een project om de levensduur van atoomklokken in de ruimte, gevonden in het hart van navigatiesatellieten, te verbeteren. Elk scherp plasma-geëtst kenmerk dat hier te zien is, is kleiner dan 10 micrometer (een honderdste van een millimeter).

Zeer nauwkeurige atoomklokken zijn afhankelijk van schakelaars tussen energietoestanden van de elektronenschil van een atoom, veroorzaakt door licht-, laser- of maser-energie. Het dwingen van atomen om van de ene energietoestand naar de andere te springen, veroorzaakt de emissie van een bijbehorend microgolfsignaal met een extreem stabiele frequentie.

Om het voorbeeld te nemen van het passieve waterstofmaser-ontwerp – dat dienst doet als hoofdklok aan boord van elke Galileo-satelliet en de tijd bijhoudt met een geschatte nauwkeurigheid van één seconde in drie miljoen jaar – is een sleutelelement de glazen bol-plasma-opsluiting waarbinnen waterstofmoleculen zich bevinden. gedissocieerd in atomen. Maar chemisch etsen en andere interacties tussen het waterstofplasma en de glazen binnenwanden kunnen uiteindelijk de lamp aantasten, waardoor de duurzaamheid van het ontladingsproces wordt aangetast.

Dit microscopische beeld toont de resultaten, met de conische patronen veroorzaakt door etsmechanismen en gerelateerde plasma-effecten. Het werd verworven als onderdeel van een ESA Technology Development Element-project met Safran (voorheen Orolia), waarbij werd gekeken naar het karakteriseren van deze effecten om de betrouwbaarheid van atoomklokken voor de ruimte te verbeteren.

Satellietnavigatie is afhankelijk van zeer nauwkeurige tijdwaarneming, omdat de positionering wordt berekend op basis van signaalreistijden vermenigvuldigd met de snelheid van het licht.

Er zijn verbeterde versies van passieve waterstofmaser en back-up rubidium-atoomklokken ontworpen voor Europa's nieuwe Galileo-satellieten van de tweede generatie.

Timingstabiliteit wordt ook steeds belangrijker voor op satellieten gebaseerde telecommunicatie, waarbij bewegingen naar hogere frequenties hogere datasnelheden bieden, maar op hun beurt nauwkeurige tijdsynchronisatie vereisen, waarvoor kleinere atoomklokken van chipformaat in overweging worden genomen.

Geleverd door European Space Agency