Pasiklydote be savo GPS? Superšaltų atomų akselerometrai gali sekti jūsų poziciją stulbinančiu tikslumu

2016 metais Britanijos povandeninis laivas atsišvartuos ir išplauks, vedamas kvantinio pasaulio. Jo bandoma navigacijos sistema turėtų sekti laivo poziciją 1000 kartų tiksliau, nei bet kuri anksčiau naudota priemonė.

Jei viskas pavyks, kvantinio pozicionavimo sistema galės būti miniatiūrizuota ir panaudota lėktuvuose, traukiniuose, automobiliuose ir netgi mobiliuosiuose telefonuose. Tai suteiktų atsarginę navigacijos priemonę betoniniuose miestų tarpekliuose ar autonominiams automobiliams, kur GPS signalo praradimas gali būti pavojingas.

GPS neveikia po vandeniu, tad povandeniniai laivai orientuojasi, naudodami akselerometrus, fiksuojančius kiekvieną pasisukimą ir pakrypimą po panirimo, kai prarandamas ryšys su pozicionavimo palydovais. Bet toks būdas nėra labai tikslus.

„Dabar, jei povandeninis laivas plaukia be GPS pataisų vieną dieną, navigacijos nuokrypis išnėrus bus kilometro eilės,“ sako Neilas Stansfieldas iš JK Defence Science and Technology Laboratory (DSTL) Porton Downe. „Kvantinis akselerometras šį nuokrypį sumažins iki vos 1 metro.“

Sukurti superjautrų kvantinį akselerometrą Stansfieldo komandą įkvėpė Nobelio premiją laimėjęs atradimas, kad lazeriai gali atšaldyti atomus vakuume iki milijoninės laipsnio dalies virš absoliutaus nulio.

Lazerinio šaldymo veikimo principo paaiškinimas:

DSTL nori, kad šis įrenginys galėtų būti panaudotas povandeniniuose laivuose, kur jėgos dydis atitinka jūroje plaukiojančio povandeninio laivo manevrus.

Jų kvantinio akselerometro prototipas, primenantis metro ilgio batų dėžę, sausumoje bus bandomas 2015 rugsėjį. Komanda apie tai praneš JK nacionalinėje fizikos laboratorijoje Teddingtone vyksiančioje konferencijoje. Iš pradžių jis veiks tik vienoje ašyje, po to bus pridėti dar du lazerių ir įkalintų atomų rinkiniai, kad būtų sekamas judėjimas visuose trijuose matavimuose. Kiekviename bus po milijoną atšaldytų rubidžio atomų. „Perpratę pirmąją kartą, pradėsime prietaisą miniatiūrizuoti kitokiems pritaikymams,“ sako Stansfieldas.

Tačiau reikalas dar nėra baigtas, kadangi akselerometras neatskiria mažų gravitacijos pokyčių ir judėjimo sukeltų pagreičių. „Jei povandeninis laivas praplauks šalia povandeninio kalno, kurio gravitacija trauks į vakarus, poveikis bus lygiai toks pats, kaip greitėjant į rytus,“ sako Edwardas Hindsas iš ICL šaltų medžiagų centro, kuriantis akselerometrą DSTL kompanijai. „Tai reiškia, kad teisingai navigacijai reikės labai tikslių gravitacijos žemėlapių.“

Ne vien DSTL domisi kvantine navigacija: komandos iš JAV, Kinijos ir Australijos siekia to paties prizo.

„Turėdamas supertikslią navigaciją, povandeninio laivo kapitonas ramiau miega,“ sako Johnas Powisas, NATO povandeninių laivų gelbėjimo tarnybos Faslane'e, JK, vadovas ir buvęs Karališkojo laivyno povandeninių laivų navigatorius. Be to, bus lengviau vykdyti žvalgybą nepastebėtiems, nes povandeniniams laivams nebereikės iškišti stiebo, kad galėtų naudotis GPS, sako jis.

Bet Powisas mano, kad ši technologija didžiausią įtaką gali padaryti ateities ginklams – kai bus sumažinti jos gabaritai. „Povandeniniams laivams nebūtina žinoti savo padėtį metrų ir centimetrų tikslumu,“ sako jis. „Bet raketai ar sviediniui tai praverčia.“

Tačiau DSTL komanda įsitikinusi, kad ši technologija gali būti pritaikyta ne tik kariniams tikslams. „Prieš 10-20 metų būtų reikėję naudoti didžiulį kriogeninį šaldiklį, bet lazeriu šaldomi atomų debesys visa tai keičia,“ pažymi komandos vadovas Stephenas Tillas. Jis sako, kad būsimos šios technologijos kartos tikriausiai atsidurs visur, nuo automobilių iki išmaniųjų telefonų. „Esame tikri, kad dydis ir naudojama galia sumažės iki plataus vartojimo galimybių.“

Paul Marks
New Scientist № 2969

Komentarai (0)