Pesawat luar angkasa x37-B rahasia untuk menguji sistem navigasi kuantum-para ilmuwan berharap suatu hari akan menggantikan GPS
Planus luar angkasa militer AS, kendaraan uji orbital X-37B, akan memulai Penerbangan kedelapannya ke luar angkasa pada 21 Agustus 2025. Banyak dari apa yang dilakukan X-37B di ruang angkasa adalah rahasia. Tetapi sebagian berfungsi sebagai platform untuk eksperimen mutakhir.
Salah satu percobaan ini adalah alternatif potensial untuk GPS yang menggunakan ilmu kuantum sebagai alat untuk navigasi: sensor inersia kuantum.
Sistem berbasis satelit seperti GPS ada di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari, dari peta smartphone hingga penerbangan dan logistik. Tapi GPS tidak tersedia di mana -mana. Teknologi ini dapat merevolusi bagaimana pesawat ruang angkasa, pesawat terbang, kapal dan kapal selam menavigasi di lingkungan di mana GPS tidak tersedia atau dikompromikan.
Di luar angkasa, terutama di luar orbit Bumi, sinyal GPS menjadi tidak dapat diandalkan atau hanya menghilang. Hal yang sama berlaku di bawah air, di mana kapal selam tidak dapat mengakses GPS sama sekali. Dan bahkan di bumi, sinyal GPS bisa macet (diblokir), spoofed (Membuat penerima GPS berpikir itu ada di lokasi yang berbeda) atau dinonaktifkan – misalnya, selama konflik.
Ini membuat navigasi tanpa GPS menjadi tantangan kritis. Dalam skenario seperti itu, memiliki sistem navigasi yang berfungsi secara independen dari sinyal eksternal menjadi penting.
Tradisional Sistem navigasi inersia (INS), yang menggunakan akselerometer dan giroskop untuk mengukur akselerasi dan rotasi kendaraan, memang memberikan navigasi independen, karena mereka dapat memperkirakan posisi dengan melacak bagaimana kendaraan bergerak dari waktu ke waktu. Pikirkan duduk di mobil dengan mata tertutup: Anda masih bisa merasakan belokan, berhenti dan mempercepat, yang diintegrasikan otak Anda untuk menebak di mana Anda berada dari waktu ke waktu.
Terkait: 10 hal yang kita ketahui tentang pesawat ruang angkasa X-37B rahasia
Namun akhirnya, tanpa isyarat visual, kesalahan kecil akan menumpuk dan Anda akan sepenuhnya kehilangan posisi Anda. Hal yang sama berlaku dengan sistem navigasi inersia klasik: Saat kesalahan pengukuran kecil menumpuk, mereka secara bertahap melayang, dan membutuhkan koreksi dari GPS atau sinyal eksternal lainnya.
Di mana quantum membantu
Jika Anda memikirkan Fisika QuantumApa yang mungkin muncul di benak Anda adalah dunia yang aneh di mana partikel berperilaku seperti gelombang dan kucing Schrödinger sudah mati dan hidup. Eksperimen pemikiran ini benar -benar menggambarkan bagaimana partikel kecil seperti atom berperilaku.
Pada suhu yang sangat rendah, atom mematuhi aturan mekanika kuantum: mereka berperilaku seperti gelombang dan dapat ada di banyak negara secara bersamaan – dua sifat yang terletak di jantung sensor inersia kuantum.
Itu sensor inersia kuantum di atas kapal X – 37B menggunakan teknik yang disebut Interferometri atomdi mana atom didinginkan hingga suhu nol hampir absolut, sehingga mereka berperilaku seperti gelombang. Dengan menggunakan laser yang disetel, setiap atom dibagi menjadi apa yang disebut keadaan superposisi, mirip dengan kucing Schrödinger, sehingga secara bersamaan berjalan di sepanjang dua jalur, yang kemudian digabungkan kembali.
Karena atom berperilaku seperti gelombang dalam mekanika kuantum, kedua jalur ini saling mengganggu, menciptakan pola yang mirip dengan riak yang tumpang tindih di atas air. Dikodekan dalam pola ini adalah informasi terperinci tentang bagaimana lingkungan atom telah mempengaruhi perjalanannya. Secara khusus, pergeseran terkecil dalam gerakan, seperti rotasi sensor atau percepatan, meninggalkan bekas yang terdeteksi pada “gelombang” atom ini.
Dibandingkan dengan sistem navigasi inersia klasik, sensor kuantum menawarkan pesanan sensitivitas yang lebih besar. Karena atom identik dan tidak berubah, tidak seperti komponen mekanis atau elektronik, mereka jauh lebih rentan terhadap penyimpangan atau bias. Hasilnya adalah durasi panjang dan navigasi akurasi tinggi tanpa perlu referensi eksternal.
Misi X – 37B yang akan datang akan menjadi pertama kalinya tingkat navigasi inersia kuantum ini diuji di ruang angkasa. Misi sebelumnya, seperti Laboratorium Atom Dingin NASA Dan Maius-1 Badan Antariksa Jermantelah menerbangkan interferometer atom dalam penerbangan orbit atau suborbital dan berhasil menunjukkan fisika di balik interferometri atom di ruang angkasa, meskipun tidak khusus untuk tujuan navigasi.
Sebaliknya, percobaan X-37B dirancang sebagai unit navigasi inersia yang kompak, berkinerja tinggi, dan tangguh untuk dunia nyata, misi jangka panjang. Ini menggerakkan interferometri atom dari alam sains murni dan ke dalam aplikasi praktis untuk kedirgantaraan. Ini adalah lompatan besar.
Ini memiliki implikasi penting bagi Spaceflight militer dan sipil. Untuk kekuatan ruang angkasa AS, ini merupakan langkah menuju ketahanan operasional yang lebih besar, terutama dalam skenario di mana dokter mungkin ditolak. Untuk eksplorasi ruang angkasa di masa depan, seperti ke bulan, Mars atau bahkan ruang dalam, di mana otonomi adalah kunci, sistem navigasi kuantum dapat berfungsi tidak hanya sebagai cadangan yang dapat diandalkan tetapi bahkan sebagai sistem utama ketika sinyal dari Bumi tidak tersedia.
Navigasi kuantum hanyalah salah satu bagian dari gelombang teknologi kuantum saat ini yang lebih luas yang bergerak dari penelitian lab ke aplikasi dunia nyata. Sementara komputasi kuantum dan komunikasi kuantum sering mencuri berita utama, sistem seperti jam kuantum dan sensor kuantum cenderung menjadi yang pertama melihat penggunaan luas.
Negara termasuk AS, Cina Dan Inggris sangat berinvestasi dalam penginderaan inersia kuantum, dengan tes udara dan kapal selam baru -baru ini menunjukkan janji yang kuat. Pada tahun 2024, Boeing dan Aosense melakukan dunia Tes navigasi inersia kuantum kuantum pertama Di atas pesawat kru.
Ini menunjukkan navigasi bebas GPS terus menerus selama sekitar empat jam. Pada tahun yang sama, Inggris melakukan yang pertama diakui secara publik Tes Penerbangan Navigasi Kuantum di pesawat komersial.
Musim panas ini, misi X – 37B akan membawa kemajuan ini ke luar angkasa. Karena sifat militernya, tes itu bisa tetap diam dan tidak dipublikasikan. Tetapi jika itu berhasil, itu bisa diingat karena saat navigasi ruang angkasa mengambil lompatan kuantum ke depan.
Artikel yang diedit ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca Artikel asli.
