Ученые создали «титановое авокадо» для GPS-навигации без спутников

Проектом занимается Sandia National Laboratories. В вакуумной камере размером с авокадо однажды можно будет использовать квантово-механические датчики для обеспечения навигации уровня GPS без необходимости использования спутников.

Всего за несколько десятилетий GPS превратилась из военной технологии в разработку, без которой жизнь современного общества оказалась бы затруднена. Однако спутниковая система навигации не всегда доступна в таких местах, как высокие полярные широты или глубокие горные долины. Кроме того, сигнал можно заблокировать или подделать, пишет New Atlas.

Уязвимость GPS и подобных систем заключается в их зависимости от группы спутников, вращающихся вокруг Земли. Эти спутники излучают сигналы с отметками времени, которые синхронизируются с атомными часами. Используя эти сигналы, приемник GPS даже в таком маленьком устройстве, как наручные часы, может использовать эффект Доплера для спутниковых сигналов, чтобы чрезвычайно точно определить положение и скорость приемника. Если эти сигналы прерваны или повреждены, система выйдет из строя.

Вакуумная камера размером с авокадо установлена ​​в испытательном аппарате. Фото: Sandia National Laboratories

Альтернативой является технология, которая была первоначально разработана для военных ракет во время Второй мировой войны и обычно используется на подводных лодках, когда они находятся под водой, чтобы найти свой путь. Это полностью автономная система, называемая инерционным наведением, которая использует гироскопы и акселерометры для расчета положения навигационного устройства по отношению к фиксированному известному положению. Для этого измеряется каждое вращение и перемещение устройства по трем осям. Если эти измерения достаточно точны, результаты могут соперничать с результатами GPS.

Проблема в том, что, как и GPS, инерциальные системы наведения должны быть очень точными и иметь такой же уровень отсчета времени, как атомные часы. Это возможно с существующими системами, которые используют механические гироскопы или световые лазеры через облака газа рубидия для измерения квантовых эффектов, но они полагаются на тяжелые и дорогие вакуумные системы. Они «вычищают» любые молекулы воздуха, которые могут нарушить измерения.

Подход команды Sandia National Laboratories состоит в том, чтобы взять изготовленные на заказ надежные квантовые датчики и установить их в камеру объемом всего лишь кубический сантиметр. Эта камера сделана из титана с сапфировыми окнами — материалами, которые очень хорошо предотвращают утечку даже таких газов, как гелий.

Новая автономная система может обеспечивать исправления навигации уровня GPS. Фото: Sandia National Laboratories

Камера может поддерживать относительно жесткий вакуум в течение длительного времени, но вместо того, чтобы использовать сложные и тяжелые насосы для создания этого вакуума, команда прибегла к старой электронной технологии, называемой геттерами. Если вы когда-нибудь смотрели на старый радиоклапан, возможно, вы видели серебристое или закопченное пятно внутри верхней части трубки. Это вызвано геттером, который представляет собой химическую пробку, образованную вокруг нити. Когда был изготовлен клапан, вакуум внутри был недостаточно сильным, поэтому через заглушку пропускали ток. Это запустило химическую реакцию, которая поглотила любые случайные молекулы воздуха.

В случае камеры Sandia геттеры размером примерно с карандашный ластик расположены в двух узких трубках, выходящих из камеры. Неизвестно, как долго камера будет удерживать вакуум, поэтому команда стремится сохранить одну герметичную и работоспособную в течение пяти лет. В ожидании исследователи обратят внимание на то, чтобы сделать устройство менее громоздким и более простым в изготовлении.

Посмотрите на самые странные изобретения ученых прошлых веков. Некоторые разработки выглядят слишком неправдоподобно, но они действительно существовали:

Фото: Reddit ​

Это тоже интересно:

Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас