Навигация без GPS: ученые создали «атомный компас»

Ученые американской Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL) представили новый инструмент навигации — Интерферометр с непрерывным трехмерным охлажденным атомным пучком. Это устройство, работающее на основе запатентованной технологии с использованием пучков охлажденных атомов, призвано существенно улучшить системы навигации флота за счет снижения дрейфа.

Инерционная навигация — это метод, зависящий от акселерометров и гироскопов для отслеживания положения и ориентации объекта от известной стартовой точки. Квантовая инерционная навигация — это перспективное направление исследований, обещающее значительно высокую точность измерений.

"Используя холодные, непрерывные атомы, мы открыли дверь к ряду преимуществ, а также к новым методам измерения. В конечном итоге, мы хотели бы использовать эту технологию для улучшения систем инерционной навигации, тем самым снижая нашу зависимость от GPS," — говорит Джонатан Кволек, физик-исследователь из секции квантовой оптики NRL.

Благодаря уникальным свойствам источника атомов, Интерферометр с непрерывным трехмерным охлажденным атомным пучком демонстрирует обещающие возможности измерения, такие как высокий контраст, низкий уровень шума и лучшую адаптацию к различным условиям.

Технология может помочь флоту ориентироваться даже там, где недоступны сигналы GPS, улучшая точность. Ошибки в оценке местоположения со временем накапливаются, что приводит к неточной информации о положении.

Например, современные системы инерционной навигации могут накапливать ошибки около 1 морской мили за 360 часов. NRL стремится разработать новые технологии, которые позволят продлить это время, гарантируя, что дрейф навигации не будет ограничивать продолжительность миссий.

"Область инерционной навигации стремится обеспечить информацию о навигации везде, где недоступен GPS. Появление атомной интерферометрии позволяет принять новый подход к инерционному датчику, который имеет потенциал решить некоторые недостатки современных передовых технологий," — отмечает Джеральд Борсук, заместитель директора по научным исследованиям систем в NRL.

GPS стал неотъемлемой частью как гражданских, так и военных операций, предлагая точные данные о глобальном позиционировании и времени. Однако существуют ситуации, такие как под водой или в космосе, где GPS не работает. К тому же, угрозы в виде глушения, подмены сигналов и антиспутниковой войны представляют риски для доступности GPS.

"В идеальном мире мы защищаемся от потери традиционной навигации, создавая наилучшие инерционные навигаторы. Это необходимо для того, чтобы потеря GPS не привела к тому, что наши корабли потеряются в чужой территории," — подчеркивает Кволек.

Несмотря на многолетнее развитие и наличие 32 спутников, вращающихся вокруг Земли, флот по-прежнему полагается на оптимизированные системы инерционной навигации для снижения зависимости от GPS.

"В современную эпоху NRL является одной из нескольких исследовательских организаций, решающих задачи инерционной навигации флота. Лаборатория использует передовые атомные и оптические техники для создания новых архитектур инерционных измерений, обещающих точную навигацию динамичных платформ флота," — говорит Адам Блэк, руководитель секции квантовой оптики NRL.