(Зображення: Велоз Александер, Космічні сили США)
Американський військовий космічний літак, орбітальний випробувальний апарат X-37B, має здійснити свій восьмий політ у космос 21 серпня 2025 року. Багато з того, що X-37B робить у космосі, є секретом. Але частково він служить платформою для передових експериментів.
Один із цих експериментів є потенційною альтернативою GPS, яка використовує квантову науку як інструмент навігації: квантовий інерційний датчик.
Вам може сподобатися
-
Крихітні пристрої, що рухаються сонячним світлом, можуть досліджувати таємничу область земної атмосфери
-
«Один великий прекрасний законопроект» Трампа дає Космічним силам США 1 мільярд доларів на секретний космічний літак X-37B
-
Вчені знайшли новий спосіб виявлення невидимих «плазмових бульбашок», що ховаються у верхніх шарах атмосфери Землі
У космосі, особливо за межами земної орбіти, сигнали GPS стають ненадійними або просто зникають. Те саме стосується і під водою, де підводні човни взагалі не мають доступу до GPS. І навіть на Землі сигнали GPS можуть бути заглушені (блоковані), підроблені (змушуючи GPS-приймач думати, що він знаходиться в іншому місці) або вимкнені — наприклад, під час конфлікту.
Через це навігація без GPS є критично важливою. У таких випадках наявність навігаційних систем, які функціонують незалежно від будь-яких зовнішніх сигналів, стає надзвичайно важливою.
Традиційні інерціальні навігаційні системи (ІНС), які використовують акселерометри та гіроскопи для вимірювання прискорення та обертання транспортного засобу, забезпечують незалежну навігацію, оскільки вони можуть оцінювати положення, відстежуючи рух транспортного засобу з часом. Уявіть собі, що ви сидите в машині із заплющеними очима: ви все ще можете відчувати повороти, зупинки та прискорення, які ваш мозок інтегрує, щоб вгадати, де ви знаходитесь з часом.
Зрештою, однак, без візуальних підказок, невеликі помилки накопичуватимуться, і ви повністю втратите своє позиціонування. Те саме стосується і класичних інерціальних навігаційних систем: у міру накопичення невеликих помилок вимірювання вони поступово збиваються з курсу та потребують корекції від GPS або інших зовнішніх сигналів.
Де допомагає квантова технологія
Якщо ви думаєте про квантову фізику, вам може спасти на думку дивний світ, де частинки поводяться як хвилі, а кіт Шредінгера одночасно живий і мертвий. Ці уявні експерименти справді описують, як поводяться крихітні частинки, такі як атоми.
За дуже низьких температур атоми підкоряються правилам квантової механіки: вони поводяться як хвилі та можуть існувати в кількох станах одночасно — дві властивості, що лежать в основі квантових інерційних сенсорів.
Вам може сподобатися
-
Крихітні пристрої, що рухаються сонячним світлом, можуть досліджувати таємничу область земної атмосфери
-
«Один великий прекрасний законопроект» Трампа дає Космічним силам США 1 мільярд доларів на секретний космічний літак X-37B
-
Вчені знайшли новий спосіб виявлення невидимих «плазмових бульбашок», що ховаються у верхніх шарах атмосфери Землі
Квантовий інерційний датчик на борту X-37B використовує техніку, яка називається атомною інтерферометрією, де атоми охолоджуються до температури, близької до абсолютного нуля, тому вони поводяться як хвилі. За допомогою точно налаштованих лазерів кожен атом розщеплюється на так званий стан суперпозиції, подібний до кота Шредінгера, так що він одночасно рухається двома шляхами, які потім рекомбінуються.
Оскільки атом поводиться як хвиля в квантовій механіці, ці два шляхи інтерферують один з одним, створюючи візерунок, подібний до брижів на воді, що перекриваються. У цьому візерунку закодована детальна інформація про те, як середовище атома вплинуло на його подорож. Зокрема, найменші зміни в русі, такі як обертання або прискорення датчиків, залишають помітні сліди на цих атомних «хвилях».
X-37B готується до свого восьмого польоту.
Порівняно з класичними інерціальними навігаційними системами, квантові датчики пропонують на порядок вищу чутливість. Оскільки атоми ідентичні та не змінюються, на відміну від механічних компонентів чи електроніки, вони набагато менш схильні до дрейфу або зміщення. Результатом є тривала та високоточна навігація без необхідності зовнішніх орієнтирів.
Майбутня місія X‑37B стане першим випадком, коли цей рівень квантової інерційної навігації буде випробувано в космосі. Попередні місії, такі як Лабораторія холодного атома NASA та MAIUS-1 Німецького космічного агентства, запускали атомні інтерферометри на орбіті або здійснювали суборбітальні польоти та успішно демонстрували фізику атомної інтерферометрії в космосі, хоча й не спеціально для навігаційних цілей.
Натомість, експеримент X-37B розроблений як компактний, високопродуктивний, стійкий інерціальний навігаційний пристрій для реальних довготривалих місій. Він виводить атомну інтерферометрію з сфери чистої науки на практичне застосування в аерокосмічній галузі. Це великий стрибок.
Це має важливі наслідки як для військових, так і для цивільних космічних польотів. Для Космічних сил США це є кроком до більшої операційної стійкості, особливо в сценаріях, коли GPS може бути недоступним. Для майбутніх космічних досліджень, таких як Місяць, Марс або навіть глибокий космос, де автономність є ключовою, квантова навігаційна система може служити не лише надійною резервною системою, але й навіть основною, коли сигнали з Землі недоступні.
Квантова навігація — це лише одна частина поточної, ширшої хвилі квантових технологій, що переходять від лабораторних досліджень до реальних застосувань. Хоча квантові обчислення та квантова комунікація часто потрапляють у заголовки газет, такі системи, як квантові годинники та квантові сенсори, ймовірно, першими отримають широке застосування.
Такі країни, як США, Китай та Велика Британія, значно інвестують у квантове інерційне зондування, і нещодавні випробування на борту літаків та підводних човнів демонструють високі перспективи. У 2024 році Boeing та AOSense провели перше у світі випробування квантової інерційної навігації під час польоту на борту пілотованого літака.
ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
— Американські військові розкривають, що надсекретний космічний літак X-37B повернувся на Землю посеред ночі після таємничої 434-денної місії.
— Квантові компаси наближаються до заміни GPS після того, як вчені втиснули ключову лазерну систему розміром з холодильник на мікрочіп
—Космічна система GPS, яка відстежує рух під землею, може змінити спосіб реагування на стихійні лиха
Це продемонструвало безперервну навігацію без GPS протягом приблизно чотирьох годин. Того ж року Велика Британія провела свій перший публічно визнаний льотний тест квантової навігації на комерційному літаку.
Цього літа місія X-37B принесе ці досягнення в космос. Через свій військовий характер випробування може залишитися тихим і неопублікованим. Але якщо воно буде успішним, його можна буде запам'ятати як момент, коли космічна навігація зробила квантовий стрибок уперед.
Цю відредаговану статтю перевидано з видання The Conversation за ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.
Семюел Леллуш, доцент кафедри цифрового побратимлення, Школа фізики та астрономії, Бірмінгемський університет
Семюел Леллуш — доцент кафедри цифрового двійництва в Бірмінгемському університеті та співдослідник у Британському квантовому центрі з питань сенсорних датчиків та синхронізації. Він співпрацює з фізиками, інженерами та промисловістю для створення цифрових двійників квантових датчиків, прискорюючи їх застосування в навігації, космосі, цивільному будівництві та фундаментальній фізиці. Він був нагороджений премією для молодих дослідників 2015 року від IFRAF/GdR Atomes Froids.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вихід Найновіші новини в галузі інженерії
Розпечена «піщана батарея» тепер опалює невелике фінське містечко
Китай будує рекордну плавучу вітрову турбіну — вона може змінити обличчя відновлюваної енергетики
З Нью-Йорка до Лос-Анджелеса за 3 години? Виконавчий указ може зробити це можливим до 2027 року, знову відкривши двері для комерційних надзвукових польотів
Чи зможемо ми колись побудувати трансатлантичний тунель?
Високотехнологічна «бульбашкова плівка» MIT перетворює повітря на безпечну питну воду — навіть у Долині Смерті
Вчені винайшли фотосинтетичний «живий» матеріал, який поглинає CO2 з атмосфери
Останні новини
Якби крихітні лабораторно вирощені «мізки» стали свідомими, чи можна було б все ще експериментувати над ними?
Величезне джерело рідкоземельного металу ніобію було витягнуто на поверхню, коли суперконтинент розірвався
Через похолодання у Флориді бірманський пітон виблював цілого оленя
Спостереження за небом! У жовтні цього року в ту ж ніч побачите 2 яскраві комети, коли відбудеться метеоритний потік.
Сатурн буде найбільшим і найяскравішим 21 вересня — ось як його побачити
«Драматичні» зміни виявлені в першій чорній дірі, яку коли-небудь зображували
ОСТАННІ СТАТТІ
1 Чому іноді з рота відчувається неприємний запах навіть після чищення зубів?
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зверніться до експертів Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “type-news-daily,type-crosspost,exclude-from-syndication,serversidehawk,videoarticle,van-enable-adviser-“
