ناوبری کوانتومی؛ جایگزین احتمالی «GPS»
سامانه موقعیت‌یابی جهانی (GPS) برای زندگی روزمره و مأموریت‌های نظامی حیاتی است، اما نقاط ضعف آشکاری دارد. سیگنال‌های آن در مناطق جنگی مختل یا جعل می‌شوند، در زیر زمین یا اعماق دریا قابل دریافت نیستند، و در نهایت در مأموریت‌های فضایی دوردست مانند ماه و مریخ اساساً کاربردی ندارند.
فضاپیمای سری X-37B نیروی فضایی ایالات متحده، که سال‌ها به‌عنوان یکی از پروژه‌های مرموز نظامی شناخته می‌شود، برای هشتمین بار با ماموریتی هیجان‌انگیز به مدار زمین سفر می‌کند. در این ماموریت، «حسگر اینرسی کوانتومی» که پژوهشگران امیدوارند روزی جایگزین سامانه GPS شود، آزمایش خواهد شد.
به همین دلیل دانشمندان و ارتش‌ها به دنبال روش‌هایی هستند که بتوانند موقعیت را بدون وابستگی به ماهواره‌ها تعیین کنند.
ناوبری کوانتومی
سامانه‌های سنتی ناوبری، مانند شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌ها، می‌توانند حرکت و چرخش وسیله را اندازه‌گیری کنند و بر اساس آن موقعیت تقریبی آن را تخمین بزنند. تصور کنید در یک خودرو با چشمان بسته نشسته‌اید. می‌توانید پیچ‌ها، توقف‌ها و شتاب‌گیری‌ها را حس کنید و ذهن شما مسیر را حدس می‌زند. اما بعد از مدتی، حتی خطاهای کوچک باعث می‌شوند جای دقیق خود را گم کنید. سامانه‌های سنتی همین مشکل را دارند و برای اصلاح به سیگنال GPS یا منابع خارجی نیاز دارند.
«حسگر اینرسی کوانتومی» که پژوهشگران امیدوارند روزی جایگزین سامانه GPS شود، از فناوری تداخل اتمی استفاده می‌کند تا این مشکل را حل کند.
اتم‌ها تا دمای نزدیک صفر مطلق سرد می‌شوند تا رفتار موجی آن‌ها آشکار شود.
لیزرها اتم‌ها را به حالتی تقسیم می‌کنند که هم‌زمان در دو مسیر حرکت کنند (به این حالت برهم‌نهی می‌گویند).
این دو مسیر دوباره با هم ترکیب می‌شوند و الگویی شبیه موج‌های آب ایجاد می‌کنند.
در این الگوی موج، کوچک‌ترین تغییرات حرکت یا چرخش وسیله ثبت می‌شود. با خواندن این الگو، حسگر می‌تواند حتی بدون GPS موقعیت دقیق وسیله را محاسبه کند.
در حسگر کوانتومی اتم‌ها، برخلاف اجزای مکانیکی یا الکترونیکی، خطا ایجاد نمی‌کنند. در نتیجه ناوبری بسیار دقیق و پایدار در طولانی‌مدت، بدون نیاز به سیگنال خارجی در دسترس خواهد بود.
دقت این حسگرها چندین مرتبه بیشتر از سامانه‌های سنتی است و می‌توانند در فضا یا محیط‌های مختلف استفاده شوند.
به عبارت ساده، ناوبری کوانتومی مانند این است که بتوانید با چشمان بسته، مسیر خود را بدون نیاز به GPS حتی پس از روزها یا هفته‌ها به دقت حس کنید.
پهپاد فضایی مرموز
X-37B یک فضاپیمای بی‌سرنشین و قابل استفاده مجدد است که از سال ۲۰۱۰ فناوری‌های پیشرفته متعددی را در مدار آزمایش کرده است. بیشتر مأموریت‌های آن محرمانه بوده، اما پرتاب جدید نسبتاً آشکار است و هدفش نشان دادن توان عملیاتی حسگر کوانتومی و سامانه ارتباط لیزری است.
ارتباطات لیزری امکان انتقال داده با سرعت و امنیت بسیار بیشتر نسبت به ارتباطات رادیویی را فراهم می‌کند و یکی از فناوری‌های کلیدی آینده شبکه‌های فضایی به شمار می‌رود.
تحلیلگران می‌گویند موفقیت آزمایش X-37B می‌تواند نقطه عطفی در توسعه سامانه‌های ناوبری مستقل باشد و اساس یک نسل جدید فناوری‌های موقعیت‌یابی را فراهم کند.
البته ناوبری کوانتومی هنوز در مراحل اولیه است و با چالش‌های فنی زیادی از جمله کوچک‌سازی سامانه و افزایش پایداری آن در شرایط سخت فضا روبه‌رو است. با این حال، مأموریت X-37B می‌تواند نخستین گام جدی در تبدیل این فناوری از ایده آزمایشگاهی به یک سامانه عملیاتی باشد.
منبع: livescience
