„GRIFITH, Australija. – Praėjusį mėnesį, mažame Australijos kaime esančiame, oro uoste pakilo nedidelis lėktuvas, gabenantis įrenginį, kuris galėtų pakeisti JAV dronų, orlaivių ir karinių jūrų pajėgų laivų navigaciją ateities mūšio laukuose.
Skrydžio metu buvo gabenamas prietaisas, šviečiantis lazeriais į atomus, kurie elgiasi, kaip kompaso adatos, kad realiuoju laiku matuotų Žemės magnetinį lauką. Įrenginio rodmenis galima palyginti su magnetinio lauko žemėlapiu, padedančiu vartotojui nustatyti savo buvimo vietą ir suteikiančiu atsarginę kopiją palydovinei navigacijai, tokiai, kaip pasaulinė padėties nustatymo sistema (GPS).
JAV ir sąjungininkėms labai svarbu rasti naujų navigacijos būdų. Ukrainoje Rusija taip dažnai trukdo ir klastoja – blokuoja ir klastoja signalus – kad palydovinė navigacija nėra patikima. Kiti potencialūs priešininkai, įskaitant Kiniją ir Šiaurės Korėją, turi panašių galimybių.
Kariškių vykdomas, GPS klastojimas taip pat tapo civilių gyventojų pavojumi, keliančiu grėsmę komerciniams orlaiviams.
„Ši problema nebuvo tokia aktuali iki šiol, kai matome patikimos GPS pabaigą“, – sakė Russellas Andersonas, vyriausiasis mokslininkas Australijos startuolyje „Q-CTRL“, kuris atliko bandomąjį skrydį. „Tai šių dienų ginklavimosi varžybos navigacijos srityje.“
Mokslininkai visame pasaulyje tiria, ar atomų kvantinių savybių panaudojimas gali padėti tiksliai orientuotis vadinamosiose ginčijamose aplinkose. Tačiau vis dar neaišku, ar prietaisai, kurie gerai veikia laboratorijose ir lauko bandymuose, patikimai veiktų ir realiose karinėse misijose.
Pentagonas tikisi išspręsti šią problemą. Rugpjūtį Gynybos departamento tyrimų ir plėtros agentūra pradėjo programą, skirtą padėti sukurti tvirtesnius kvantinius jutiklius.
Agentūra teigė, kad dėl nepaprasto prietaisų jautrumo jie yra trapūs realioje aplinkoje, kur vibracija ar elektromagnetiniai trukdžiai gali sumažinti našumą.
Dalyvauti buvo pasirinkta Australijoje įsikūrusi „Q-CTRL“; kita bendrovė, „Safran Federal Systems“ Ročesteryje, Niujorke, taip pat pranešė, kad jai buvo skirta sutartis.
Darbas tampa vis skubesnis. Rusija ir Kinija patobulino savo elektroninės kovos galimybes. Europos pareigūnai apkaltino Rusiją plačiai paplitusiu orlaivių trikdymu.
GPS problema yra, kad signalai paprastai yra silpni, todėl juos lengva blokuoti. JAV kariuomenei diegia galingesnį GPS signalą, vadinamą M-kodu, kuris yra atsparesnis trukdžiams, tačiau kyla problem, gaunant finansavimą imtuvams, reikalingiems jam naudoti, teigė Toddas Harrisonas, vyresnysis Amerikos įmonių instituto mokslinis bendradarbis.
„JAV kariuomenė dabar supranta, kad ateities mūšio laukai bus visiškai užkariauti elektromagnetinėje srityje, kitaip nei bet kas, ką matėme anksčiau“, – sakė jis.
Kvantiniai įrenginiai, potencialiai veikiantys kartu, galėtų nusverti pusiausvyrą, teigia šalininkai. Pavyzdžiui, kvantiniai laikrodžiai galėtų padidinti laiko skaičiavimo tikslumą ir tikslumą. Kitas kvantinis jutiklis, kurį taip pat kuria Q-CTRL, gali naviguoti aptikdamas, nedidelius gravitacijos pokyčius.
„Kvantinis jutimas yra prioritetas“, – sakė Tanya Monro, vyriausioji Australijos gynybos departamento mokslininkė, kuri surengė Q-CTRL gravitacijos jutiklio bandymą viename laive. „Yra absoliutus, varomasis, poreikis galėti veikti, visiškai atmetus GPS.“
Q-CTRL įrenginys lėktuve Grifite vadinamas optiškai kaupinamas magnetometras. Jis šaudo lazeriais į rubidžio atomus, minkštą, sidabriškai baltą metalą, kurie dujinėje formoje laikomi mažame stikliniame buteliuke. Lazeriai padeda matuoti atomų vidinės kompaso adatos pokyčius, kurie naudojami magnetinio lauko stiprumui apskaičiuoti.
Tada Q-CTRL programinė įranga pašalina trukdžius iš išorinių šaltinių, tokių, kaip pats orlaivis, ir tiksliai išmatuoja Žemės magnetinį lauką toje vietoje, kurį galima palyginti su magnetiniu žemėlapiu. Tokie žemėlapiai rodo nukrypimus nuo vidutinio lauko stiprumo Žemės paviršiuje.
„Galite išeiti į mišką ir su žemėlapiu bei akimis atpažinti: „Na, ten yra kalva, ten yra slėnis ir ten yra upelis, todėl manau, kad esu čia pat žemėlapyje“, – sakė Michaelas J. Biercukas, amerikiečių kvantinės fizikos mokslininkas, įkūręs Q-CTRL. „Tą patį galite padaryti ir su šiais magnetiniais signalais.“
Biercukas teigė, kad nėra realaus būdo trukdyti kvantiniams magnetometrams ar gravimetrams iš atstumo, išskyrus energijos impulsas, kuris sugadintų visą lėktuvo elektroniką ir sukeltų jo katastrofą. Jis teigė, kad „Q-CTRL“ atliko jutiklių kratymą ir dinaminius manevrus, kurie davė gerų rezultatų – įskaitant daugiau, nei 140 valandų nepertraukiamo veikimo Australijos laive.
Grifite „Q-CTRL“ inžinieriai išbandė tris magnetometrus skirtingose lėktuvo vietose, atsižvelgdami į tai, kad išoriniai trukdžiai kiekvienoje vietoje yra skirtingi.
Įrenginiai buvo išbandyti su aukščiausios klasės inercine navigacijos sistema [1], kuri įvertina padėtį, naudodama giroskopus ir akselerometrus.
Šios sistemos mechanizmai yra jau naudojami, kaip atsarginiai GPS įrenginiai ir povandeniniuose laivuose, kurie negali pasiekti GPS, būdami po vandeniu.
Visos trys vietos veikė panašiai, sakė Biercukas.
Per 80 mylių bandymų langą jutiklis lėktuvo sparno gale leido nustatyti vidutinę padėtį maždaug 620 pėdų tikslumu nuo tikrosios padėties, o paklaidos riba nedidėjo su skrydžio trukme, sakė jis. Veikimas buvo daugiau, nei 10 kartų, geresnis, nei inercinės navigacijos sistemos.
Magnetometro metodas turi iššūkių. Vienas iš jų yra poreikis turėti išsamius magnetinius žemėlapius.
Kitas – padaryti įrenginį pakankamai nebrangų pigiems dronams.
„Kvantinis įrenginys siūlo daug potencialo“, – sakė Allison Kealy, Swinburne technologijos universiteto Melburne profesorė. Tačiau ji pažymėjo: „Manau, kad jie yra kaip ir bet kuris kitas jutiklis. Jie turi savo stipriųjų ir silpnųjų pusių.“
Griffithe ne viskas klostėsi sklandžiai. Vienu metu kilo ryšio problema, susijusi su sparno galo jutikliu, ir jis buvo pakeistas kitu įrenginiu. Kai kurie Q-CTRL mokslininkai teigė, kad laukia daugiau darbų.
„Ar jis išgyvens raketos paleidimą? Ar jis išgyvens avarinį nusileidimą?“ – sakė Q-CTRL tyrėjas Yuvalis Cohenas. „Iš tikrųjų nežinai, kol neatlieki bandymo.“ [2]
1. Aukštos klasės inercinės navigacijos sistema (INS) veikia naudodama labai tikslius jutiklius, tokius kaip šviesolaidiniai giroskopai ir akselerometrai, objekto pagreičiui ir sukimuisi matuoti, o tada kompiuteris apskaičiuoja jo padėtį, greitį ir padėtį. Skirtingai nuo vartotojų lygio sistemų, aukštos klasės INS naudoja pranašesnę aparatinę įrangą ir griežtą kalibravimą, kad būtų pasiektas daug didesnis tikslumas ir minimalus poslinkis, ir dažnai sujungia duomenis su išoriniais šaltiniais, tokiais kaip GNSS (GPS, GLONASS ir kt.), kad būtų pasiektas geriausias našumas. Jos taip pat gali integruoti kitus jutiklius, pvz., magnetometrus, kad pateiktų papildomą informaciją apie kryptį.
Pagrindiniai komponentai ir funkcijos
Akselerometrai: matuoja linijinį pagreitį išilgai trijų statmenų ašių. Aukštos klasės sistema naudoja tikslius, stabilius akselerometrus, kad tiksliai aptiktų greičio pokyčius.
Giroskopai: matuoja kampinį greitį (sukimosi greitį) aplink tas pačias tris ašis (pokrypį, riedėjimą ir posūkį). Aukštos klasės sistemos dažnai naudoja šviesolaidinius arba žiedinius lazerinius giroskopus, kad būtų užtikrintas didesnis stabilumas ir mažesnis poslinkis, palyginti su pagrindiniais MEMS giroskopais.
Magnetometrai: matuoja Žemės magnetinį lauką, kad pateiktų nepriklausomą krypties atskaitos tašką. Jie gali pagerinti tikslumą, ypač sistemose, kurios mažai priklauso nuo GNSS, tačiau kartais praleidžiami karinio lygio sistemose, kuriose dažni magnetiniai trukdžiai.
Skaičiavimo blokas: galingas kompiuteris realiuoju laiku apdoroja neapdorotus jutiklių duomenis. Jis integruoja matavimus, kad nuolat apskaičiuotų sistemos padėtį, greitį ir padėtį žinomo pradinio taško ir orientacijos atžvilgiu.
Pradinis lygiavimas: prieš paleidžiant sistemą, ji atlieka lygiavimo procesą, kad nustatytų tikslią pradinę padėtį ir orientaciją, nustatydama horizontalumą ir tikrosios šiaurės kryptį.
Kaip sistema išlaiko tikslumą
Integravimas: kompiuteris integruoja akselerometro duomenis, kad nustatytų greitį, o tada vėl integruoja, kad rastų padėtį, o giroskopo duomenys koreguoja bet kokį sukamąjį judėjimą.
Jutiklių suliejimas: siekiant įveikti būdingą INS poslinkį, aukščiausios klasės sistemos sujungia INS duomenis su išoriniais navigacijos šaltiniais, dažniausiai GNSS. INS teikia greitus, realaus laiko judėjimo duomenis, o GNSS užtikrina ilgalaikį padėties tikslumą. kad būtų pataisyta INS.
Pažangus kalibravimas: Aukštos klasės įrenginiai yra kruopščiai kalibruojami, dažnai pagal temperatūrą, siekiant užtikrinti kuo didesnį tikslumą visame darbinės temperatūros diapazone.
Aparatinės įrangos izoliacija: Sudėtinguose projektuose naudojamos tiek pasyvios, tiek aktyvios sistemos, skirtos jutikliams izoliuoti nuo vibracijos, smūgių ir sukimosi, o tai sumažina klaidas ir trukdžius.
Kinijos inercinės navigacijos sistemos (INS) kaina labai skiriasi priklausoma nuo jos komponentų, našumo ir taikymo, o kainos svyruoja nuo maždaug 550 JAV dolerių už pagrindinius modulius iki daugiau, nei 100 000 JAV dolerių, už didelio tikslumo, aviacijos lygio sistemas.
2. U.S. News: Militaries Try Out Alternatives to GPS. Cherney, Mike. Wall Street Journal, Eastern edition; New York, N.Y.. 20 Nov 2025: A4.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą