Навигация без GPS стала реальностью

Американские ученые из Sandia National Laboratories разработали вакуумную камеру размером с авокадо из титана и сапфира, в которой в будущем можно будет устанавливать квантово-механические датчики для обеспечения навигации уровня GPS без необходимости использования спутников.

Уже несколько десятилетий человечество активно использует систему глобального позиционирования GPS. Предназначенная первоначально для министерства обороны США система GPS стала повседневным элементом множества гражданских систем и технологий. Тем не менее глобальное позиционирование имеет области, где ее применение ограничено - это приполярные широты и глубокие ущелья. Также сигналы GPS могут быть заблокированы или подделаны, что может привести к отключению навигационных систем как на коммерческих, так и на военных транспортных средствах.

Легкая уязвимость системы GPS объясняется зависимостью технологии от сети спутников, находящихся на орбите Земли. Глобальное позиционирование основано на точном вычислении местонахождения объекта (приемника) путем измерения времени приема синхронизированного при помощи атомных часов сигнала, исходящего от эскадрильи орбитальных спутников. Искусственно созданные помехи, естественный рельеф или расположение объекта в высоких широтах могут сделать систему GPS бесполезной для точного вычисления местонахождения объекта.


Альтернативой GPS может стать достаточно старая технология инерциального наведения, впервые примененная еще нацистами в первых в мире крылатых ракетах ФАУ в годы Второй мировой войны. В настоящее время такая система используется при эксплуатации военными подводных лодок. Это автономная система позиционирования, которая применяет для навигационных расчетов гироскопы и акселерометры, обеспечивающие точное вычисление местонахождения объекта по отношению к фиксированной заранее известной позиции.

Автономная система имеет ряд преимуществ: защищенность от помех, независимость от внешних ориентиров или сигналов, но также имеет и существенные недостатки, такие как большие габариты изделия. Кроме того устройство для инерциальной навигации должно быть достаточно точным и также, как в системе GPS, иметь погрешность измерения времени на уровне атомных часов. В современных инерциальных системах используются механические гироскопы или лазерные лучи, проходящие через газовые облака рубидия для измерения квантовых эффектов. Однако для таких систем требуются дорогостоящие и громоздкие вакуумные системы.

Методология Sandia заключается в использовании компактных квантовых датчиков, помещенных в небольшую камеру объемом всего лишь кубический сантиметр. Камера изготовлена из титана с сапфировыми окнами - материалов, которые в отличие от нержавеющей стали и специального лабораторного стекла Pyrex очень хорошо предотвращают утечку даже таких газов, как гелий.

На сегодня камера «держит» вакуум, необходимый для навигационных расчетов, уже больше года. Компактная система не использует для создания вакуума насосы, а изолирует проникающие вовнутрь атомы при помощи химической реакции. При этом система поддержания вакуума не требует внешнего источника. Ученые планируют провести испытание по сохранению вакуума на протяжении пяти лет. В процессе ожидания конца эксперимента специалисты будут разрабатывать более компактную и более простую в изготовлении камеру.

Источник: newatlas