Un plan spațial militar din SUA, vehiculul de testare orbitală X-37B, urmează să se angajeze al optulea zbor în spațiu din 21 august 2025. O mare parte din ceea ce face X-37B în spațiu este secret. Dar servește parțial ca platformă pentru experimente de ultimă oră.
Unul dintre aceste experimente este o alternativă potențială la GPS care folosește știința cuantică ca instrument pentru navigație: un senzor inerțial cuantic.
Sistemele bazate pe satelit precum GPS sunt omniprezente în viața noastră de zi cu zi, de la hărțile smartphone-urilor până la aviație și logistică. Dar GPS -ul nu este disponibil peste tot. Această tehnologie ar putea revoluționa modul în care navele spațiale, avioanele, navele și submarinele navighează în medii în care GPS -ul nu este disponibil sau compromis.
În spațiu, în special dincolo de orbita Pământului, semnalele GPS devin nesigure sau pur și simplu dispar. Același lucru se aplică sub apă, unde submarinele nu pot accesa deloc GPS. Și chiar pe pământ, semnalele GPS pot fi blocat (blocat), Spoofed (Realizarea unui receptor GPS credeți că se află într -o altă locație) sau dezactivat – de exemplu, în timpul unui conflict.
Acest lucru face ca navigația fără GPS să fie o provocare critică. În astfel de scenarii, sistemele de navigație care funcționează independent de orice semnale externe devine esențială.
Tradiţional Sisteme de navigație inerțială (INS), care folosesc accelerometre și giroscopuri pentru a măsura accelerația și rotația unui vehicul, oferă navigație independentă, deoarece pot estima poziția urmărind modul în care vehiculul se deplasează în timp. Gândiți -vă să stați într -o mașină cu ochii închiși: puteți totuși să simțiți viraje, opriri și accelerații, pe care creierul dvs. se integrează pentru a ghici unde vă aflați în timp.
Înrudite: 10 lucruri pe care le știm despre avionul spațial secret X-37B
În cele din urmă, însă, fără indicii vizuale, se vor acumula mici erori și vă veți pierde în întregime poziționarea. Același lucru este valabil și cu sistemele de navigație inerțiale clasice: pe măsură ce se acumulează mici erori de măsurare, acestea se desfășoară treptat la curs și au nevoie de corecții de la GPS sau alte semnale externe.
Unde ajută cuantum
Dacă te gândești la Fizica cuanticăceea ce poate veni în mintea ta este o lume ciudată în care particulele se comportă ca valurile, iar pisica lui Schrödinger este atât moartă, cât și în viață. Aceste experimente de gândire descriu cu adevărat modul în care se comportă particule minuscule precum atomii.
La temperaturi foarte scăzute, atomii se supun regulilor mecanicii cuantice: se comportă ca undele și pot exista în mai multe stări simultan – două proprietăți care se află în centrul senzorilor inerțiali cuantici.
senzor inerțial cuantic la bord X -37B folosește o tehnică numită Interferometrie atomicăunde atomii sunt răciți la temperatura aproape de zero absolut, așa că se comportă ca niște valuri. Folosind lasere reglate fine, fiecare atom este împărțit în ceea ce se numește o stare de superpoziție, similară cu pisica lui Schrödinger, astfel încât să călătorească simultan pe două căi, care sunt apoi recombinate.
Deoarece atomul se comportă ca o undă în mecanică cuantică, aceste două căi interferează între ele, creând un model similar cu ondulările suprapuse pe apă. Codificate în acest tipar sunt informații detaliate despre modul în care mediul atomului i -a afectat călătoria. În special, cele mai mici schimbări în mișcare, cum ar fi rotațiile sau accelerațiile senzorilor, lasă mărci detectabile pe aceste „valuri” atomice.
În comparație cu sistemele de navigație inerțială clasică, senzorii cuantici oferă ordine de mărime o sensibilitate mai mare. Deoarece atomii sunt identici și nu se schimbă, spre deosebire de componentele mecanice sau electronice, ei sunt mult mai puțin predispuși la derivă sau prejudecăți. Rezultatul este o navigare de lungă durată și cu o precizie ridicată, fără a fi nevoie de referințe externe.
Următoarea misiune X -37B va fi prima dată când acest nivel de navigare inerțială cuantică este testată în spațiu. Misiuni anterioare, cum ar fi Laboratorul de atom rece al NASA şi Maius-1 al agenției spațiale germaneau zburat interferometre de atomi în zboruri orbite sau suborbitale și au demonstrat cu succes fizica din spatele interferometriei atomului în spațiu, deși nu în mod specific în scopuri de navigație.
În schimb, experimentul X-37B este conceput ca o unitate de navigație inerțială compactă, de înaltă performanță, cu misiuni de lungă durată. Mută interferometria atomului din tărâmurile științei pure și într -o aplicație practică pentru aerospațial. Acesta este un salt mare.
Acest lucru are implicații importante atât pentru fluxul spațial militar, cât și pentru civil. Pentru forța spațială a SUA, aceasta reprezintă un pas către o mai mare rezistență operațională, în special în scenariile în care medicii de familie ar putea fi refuzați. Pentru explorarea spațială viitoare, cum ar fi Luna, Marte sau chiar spațiul profund, unde autonomia este esențială, un sistem de navigație cuantică ar putea servi nu numai ca o copie de rezervă fiabilă, ci chiar și ca un sistem primar atunci când semnalele de pe Pământ nu sunt disponibile.
Navigarea cuantică este doar o parte a valului actual și mai larg de tehnologii cuantice care se deplasează de la cercetarea de laborator în aplicații din lumea reală. În timp ce calcularea cuantică și comunicarea cuantică fură adesea titluri, sistemele precum ceasurile cuantice și senzorii cuantici sunt probabil să fie primii care văd utilizarea pe scară largă.
Țări, inclusiv SUA, China iar Marea Britanie investește foarte mult în sensul inerțial cuantic, testele recente ale aerului și submarinului care arată o promisiune puternică. În 2024, Boeing și Aosense au condus lumea Primul test de navigare inerțială cuantică în zbor la bordul unei aeronave echipate.
Aceasta a demonstrat o navigare continuă fără GPS timp de aproximativ patru ore. În același an, Marea Britanie a efectuat primul său recunoscut public Test de zbor cuantic de navigare pe o aeronavă comercială.
În această vară, misiunea X -37B va aduce aceste progrese în spațiu. Datorită naturii sale militare, testul ar putea rămâne liniștit și nepublicat. Dar dacă reușește, ar putea fi amintit, deoarece momentul în care navigarea spațială a făcut un salt cuantic înainte.
Acest articol editat este republicat din Conversația sub licență Creative Commons. Citiți Articol original.