"Яблоко" из титана и сапфира: GPS будущего, которой не нужны спутники
Всего за несколько десятилетий GPS превратилась из военной технологии в настолько популярный инструмент для современных приложений, что человечество буквально зависит от него. Однако GPS не всегда доступен в таких местах, как высокие полярные широты или глубокие горные долины, и его можно банально заблокировать или подделать.
Уязвимость GPS и аналогичных систем заключается в их зависимости от группировок спутников, вращающихся вокруг Земли. Эти спутники излучают сигналы с отметками времени, которые синхронизируются с атомными часами. Используя эти сигналы, приемник GPS в таком маленьком устройстве, как наручные часы, может использовать эффект Доплера для спутниковых сигналов, когда они проходят над головой, чтобы чрезвычайно точно определить положение и скорость приемника. Но если эти сигналы прерваны или повреждены, система выйдет из строя.
Альтернативой является технология, которая была первоначально разработана для военных ракет во время Второй мировой войны и обычно используется на подводных лодках, когда им необходимо осуществлять навигацию под водой. Это полностью автономная система, называемая инерционным наведением, которая использует гироскопы и акселерометры для расчета положения навигационного устройства по отношению к неким фиксированным, заранее известным координатам.
Для этого он измеряет каждое вращение и перемещение устройства по всем 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 очень дорогие вакуумные системы, которые вычищают любые молекулы воздуха из камеры, чтобы те не создавали помех.
Подход команды Sandia 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, в отличие от нержавеющей стали и стекла.
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. Оно вызвано геттером, который представляет собой химическую пробку, образованную вокруг нити. Когда клапан был изготовлен, 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 на практике, поэтому команда стремится сохранить одну герметичную и работоспособную в течение пяти лет и посмотреть на итоговый результат. А пока время идет, исследователи обещают предпринять попоытки сделать устройство менее громоздким и более простым в изготовлении.
