Чи може квантово-інерційна навігація вийти за межі лабораторії?

Стародавні мореплавці дивилися на зірки, щоб розрахувати своє місцезнаходження та напрямок. Наступне покоління людей, можливо, звернеться всередину себе — до атомів — для навігації.

У березні компанія Lockheed Martin отримала контракт від Підрозділу оборонних інновацій (DIU) на створення прототипу квантової інерційної навігаційної системи (QuINS). Система, якщо вона запрацює, може значно покращити точність навігації, водночас будучи стійкою до перешкод GPS.

QuINS функціонує незалежно від зовнішніх навігаційних сигналів із супутників GPS, які схильні до глушіння або підміни сигналу, особливо з боку передових супротивників, таких як Китай чи Росія.

«Квантові датчики використовують найточніші та найдосконаліші вимірювальні прилади природи – атоми», – сказала Валері Браунінг, віцепрезидент Lockheed Martin з досліджень і технологій, під час нагородження. «[Атоми] можна використовувати для вимірювання часу. Їх можна використовувати для вимірювання руху або швидкості».

Існує кілька підходів до квантової навігації, а інші методи, такі як магнітна навігація, проходять льотні випробування. Для свого проекту DIU компанія Lockheed Martin використовує підхід, який називається атомною інтерферометрією.

«Це працює шляхом розщеплення атома на дві частини, відправлення їх по петлі, а потім повторного об’єднання, що дозволяє нам визначати такі параметри, як обертання та прискорення», — розповідає Aviation Week Таллі Бейнард, віцепрезидент Ignite компанії Lockheed Martin, інноваційного підрозділу, орієнтованого на космос. «Ці вимірювання потім використовуються для оцінки руху з певної початкової позиції, що призводить до визначення вашого точного місцезнаходження».

Принаймні, це теорія. Те, що працює в лабораторії, важко переробити для польових умов.

«Проблема полягає в тому, що квантовий стан дуже крихкий. Він вимагає дуже чистого та стабільного середовища», — каже Браунінг. «Ми хочемо мати змогу винести цю вишукану продуктивність за межі лабораторії. Але для цього нам якимось чином потрібно відтворити це чисте лабораторне середовище в корпусі, який має параметри розміру, ваги та потужності, сумісні з розміщенням його на кораблі, літаку, під водою [або] в космосі».

Пристрій Lockheed Martin спочатку буде випробувано в лабораторії на рухомих платформах. Перепакування технології для розміщення на кораблі, підводному човні, літаку чи супутнику – без погіршення продуктивності – буде найбільшим викликом, додає Бейнард. Lockheed Martin працює з Q-CTRL та AOSense над обладнанням QuINS.

Космічні сили США розглядають квантову навігацію як перспективну, але ще не оголосили її панацеєю. Служба впроваджує свій стійкий до перешкод m-код GPS, одночасно інвестуючи в інші, більш традиційні технології позиціонування, навігації та синхронізації (PNT). Однак квантові технології, інтегровані та «змішані» зі звичайними PNT, можуть бути корисними в областях, де спектр є спірним, заявив Корделл ДеЛаПена, виконавчий директор програми військового зв'язку та позиціонування, навігації та синхронізації Командування космічних систем, на вебінарі Інституту Мітчелла 29 квітня.

Lockheed відмовляється повідомити, коли продемонструє свою технологію QuINS, але впевнена, що зможе передати це обладнання Міністерству оборони США.

«Пропрацювавши в цій галузі десятиліттями, я дуже вражений тим, що ми так близько до того, щоб нарешті розгадати цю проблему», — каже Браунінг.