Koniec z gubieniem łączności. Kwantowe pozycjonowanie sprawdzi się tam, gdzie nie daje rady GPS

Artykuł/Nauka 20.05.2014
Koniec z gubieniem łączności. Kwantowe pozycjonowanie sprawdzi się tam, gdzie nie daje rady GPS

Koniec z gubieniem łączności. Kwantowe pozycjonowanie sprawdzi się tam, gdzie nie daje rady GPS

Każdy z nas przyzwyczaił się już do powszechności urządzeń współpracujących z systemem GPS. Początkowo drogie, pokazujące jedynie współrzędne geograficzne, urządzenia GPS szybko ewoluowały, i najpierw stały się niedrogimi samodzielnymi aparatami używanymi w samochodach, by w końcu stać się wszechobecne. Dziś każdy tablet, telefon, i wiele cyfrowych aparatów fotograficznych jest w stanie określić swoją pozycję za pomocą satelitów GPS.

System Global Positioning System (GPS) nie jest jednak bez wad. Po pierwsze, wymaga bezpośredniego (line of sight) wystawienia na co najmniej cztery satelity. Wyklucza to używanie go w budynkach, tunelach, kopalniach, jaskiniach, i głęboko pod wodą. Po drugie, system jest zarządzany przez rząd Stanów Zjednoczonych, i powstał dla amerykańskiego wojska, co może niektórym psuć radość z jego użytkowania. Po trzecie, odbiorniki GPS są w stanie określić jedynie swoje położenie statyczne – aby określić kierunek i prędkość poruszania się, potrzebujemy pomiarów w dwóch momentach czasu, i wyliczyć odpowiedni wektor. Powoduje to, że informacja ta pojawia się dopiero z opóźnieniem. Dodatkowo, przydało by się coś działającego niezależnie od systemu satelitów, które przecież są wytworem człowieka i w nie będą działały w nieskończoność.

Satelita GPS
Satelita GPS

W tej chwili alternatywne metody pozycjonowania są użytkowane np. przez wojskowe łodzie podwodne. Po zarejestrowaniu swojego dokładnego położenia za pomocą klasycznego systemu GPS w momencie wynurzenia, łodzie podwodne zaczynają określać swoje położenie za pomocą akcelerometru. Specjalny system zapisuje zmierzoną za pomocą tego urządzenia każdy skręt, zmianę przyspieszenia lub kierunku. Przypomina to liczenie zakrętów, gdy siedzimy z zamkniętymi oczami w samochodzie. Oczywiście nie jest to rozwiązanie idealne. Po całym dniu zanurzenia i użytkowania systemu opartego na akcelerometrze rozbieżność pomiędzy rzeczywistą i obliczoną pozycją łodzi podwodnej może sięgać kilometra. Nic więc dziwnego, że cały czas poszukuje się innych rozwiązań.

Wśród ciekawych pomysłów zastąpienia GPS w miejscach gdzie nie ma dostępu do sygnału z satelitów jest pozycjonowanie kwantowe.

Ten dość niesamowity pomysł jest oparty na odkryciu uhonorowanym Nagrodą Nobla. Odkrycie to polegało na możliwości “zamrażania” atomów w bardzo niskich temperaturach (milionowe stopnia powyżej zera bezwzględnego). Zamrażanie to odbywa się za pomocą lasera, a budowane w ten sposób “pułapki na atomy” umożliwiają bardzo dokładny pomiar oddziałujących na nie sił – zmian w przyspieszeniu, grawitacji etc. Odkrycia dokonali William D. Philips oraz Steven Chu z zespołem, i otrzymali za to w 1997 Nagrodę Nobla.

 submarine2

Na podstawie tego odkrycia brytyjskie laboratorium wojskowe Defence Science and Technology Laboratory buduje prototyp urządzenia, które zastąpi GPS w łodziach podwodnych już w 2016 roku. Według prowadzącego badania Neila Stansfielda, zwiększy to dokładność określania pozycji łodzi podwodnej… tysiąckrotnie. Błąd określenia pozycji, po całym dniu zanurzenia, będzie wynosił więc 1 metr zamiast 1 kilometra.

Swoje urządzenie naukowcy nazwali kwantowym akceleratorem. Jego prototyp ma kształt prostopadłościanu o długości jednego metra. Pierwsze próby, na lądzie, odbędą się we wrześniu przyszłego roku. Początkowo mierzone będzie przyspieszenie w jednej osi, by później dodać jeszcze dwa zestawy “złapanych” atomów i stworzyć trójwymiarowy model ruchu.

Akcelerator kwantowy, choć bardzo dokładny, i działający niezależnie od zewnętrznego systemu GPS, nie jest również idealny.

Nie potrafi on odróżnić przyspieszenia wynikającego ze zmiany kierunku lub prędkości łodzi podwodnej, od zmiany przyspieszenia grawitacyjnego. Łódź podwodna, mijając dużą górę na dnie oceanu, będzie wystawiona na działanie grawitacyjne jej masy. Aby akcelerator kwantowy był użyteczny w praktyce, potrzebne są bardzo dokładne mapy grawitacyjne terenu, na którym będzie on użytkowany.

John Powis z NATO twierdzi że nowa technologia będzie miała ogromny wpływ na bezpieczeństwo załogi łodzi podwodnych. Nie będą one musiały wystawiać masztu GPS aby określić swoją pozycję, i daje nadzieję na małe, niezależne urządzenia namierzające cel z dokładnością do centymetra, które będą mogły działać bez żadnej aktywności radiowej.

W przyszłości zapewne zobaczymy urządzenia łączące obie technologie: GPS oraz akceleratora kwantowego. GPS będzie działał w otwartym teranie, i będzie wspomagany przez akcelerator we wnętrzach budynków lub tuneli.

Źródła: New Scientist, Nobel PrizeFotografie submarine oraz polish submarine pochodzą z serwisu ShutterStock.

Dołącz do dyskusji

Advertisement