The emergence of quantum technologies, including cold atom-based accelerometers, offers an opportunity to improve the performances of space geodesy missions. In this context, CNES initiated an assessment study called GRICE (GRadiométrie à Interféromètres quantiques Corrélés pour l’Espace) in order to evaluate the contribution of cold atom technologies to space geodesy and to the end users of geodetic data. In this paper, we present mission scenario for gravity field mapping based on a long baseline gradiometer. The mission is based on a constellation of two satellites, flying at an altitude of 373 km, each equipped with a cold atom accelerometer with a sensitivity of $$6 \times 10^{-10}\,\hbox {m}\,\hbox {s}^{-2}\,\tau ^{-1/2}$$ 6 × 10 - 10 m s - 2 τ - 1 / 2 . A laser link measures the distance between the two satellites and couples these two instruments in order to produce a correlated differential acceleration measurement. The main parameters, determining the performances of the payload, have been investigated. We carried out a general study of satellite architecture and simulations of the mission performances in terms of restitution of the gravity field. The simulations show that this concept would give its best performance in terms of monthly gravity fields recovery under 1000 km resolution. In the resolution band between 1000 and 222 km, the improvement of the GRICE gradient approach over the traditional range-rate approach is globally in the order of 10 to 25%.

中文翻译：

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空间中使用激光耦合量子加速度计的重力场映射

量子技术的出现，包括基于冷原子的加速度计，为提高空间大地测量任务的性能提供了机会。在此背景下，CNES 发起了一项名为 GRICE（GRadiométrie à Interféromètres quantiques Corrélés pour l'Espace）的评估研究，以评估冷原子技术对空间大地测量和大地测量数据最终用户的贡献。在本文中，我们提出了基于长基线梯度计的重力场测绘任务场景。该任务基于由两颗卫星组成的星座，飞行高度为 373 公里，每颗卫星配备灵敏度为 6 美元 \times 10^{-10}\,\hbox {m}\,\ hbox {s}^{-2}\,\tau ^{-1/2}$$ 6 × 10 - 10 ms - 2 τ - 1 / 2 。激光链路测量两颗卫星之间的距离并将这两个仪器连接起来，以产生相关的差分加速度测量值。已经研究了确定有效载荷性能的主要参数。我们对卫星结构进行了一般性研究，并在重力场恢复方面对任务性能进行了模拟。模拟表明，该概念在 1000 公里分辨率下的月重力场恢复方面将提供最佳性能。在 1000 到 222 公里的分辨率范围内，GRICE 梯度方法相对于传统距离-速率方法的改进在全球范围内在 10% 到 25% 的数量级。已经研究了确定有效载荷的性能。我们对卫星结构和重力场恢复方面的任务性能进行了一般性研究。模拟表明，该概念在 1000 公里分辨率下的月重力场恢复方面将提供最佳性能。在 1000 到 222 公里的分辨率范围内，GRICE 梯度方法相对于传统距离-速率方法的改进在全球范围内在 10% 到 25% 的数量级。已经研究了确定有效载荷的性能。我们对卫星结构进行了一般性研究，并在重力场恢复方面对任务性能进行了模拟。模拟表明，该概念在 1000 公里分辨率下的月重力场恢复方面将提供最佳性能。在 1000 到 222 公里的分辨率范围内，GRICE 梯度方法相对于传统距离-速率方法的改进在全球范围内在 10% 到 25% 的数量级。