В настоящее время не поддающееся подсчетам количество всевозможных устройств использует GPS и другие спутниковые системы для точного определения своего текущего местоположения. Как нам известно, работа таких систем основана на использовании чрезвычайно точных атомных часов, которые поддерживают высочайший уровень синхронизации спутниковых сигналов. Однако, как показала практика, сигналы GPS могут быть искусственно подавлены помехами, заключенные в них данные могут быть подменены, а сами системы могут быть в любой момент полностью отключены в случае начала военных действий, к примеру. Однако существует возможность отслеживания точного местоположения без использования любых спутниковых сигналов, но для этого самолетам, судам и транспортным средствам потребуются устройства-акселерометры, способные измерять ускорение с точностью не хуже точности атомных часов. И ученые из национальной лаборатории Сандиа предлагают делать все это при помощи крошечных облаков квантового газа, освещаемых светом лазеров.
Конечно, подобные атомные акселерометры и гироскопы уже существуют какое-то время. Но все подобные устройства весьма габаритны, им нужна достаточно объемная вакуумная камера и целая вакуумная система, способная обеспечить уровень весьма глубокого вакуума в этой камере. Это, плюс необходимость создания не самых слабых магнитных полей и достаточно интенсивных лучей лазерного света приводит к тому, что таким атомным навигационным системам требуется для работы большое количество энергии, что сразу же ставит крест на возможности использования всего этого на летательных аппаратах и транспортных средствах.
Однако, некоторое время назад исследователи из лаборатории Сандиа разработали и создали опытный образец вакуумной камеры, размером с теннисный мячик и содержащей облако из атомов рубидия, которые могут использоваться как атомный акселерометр. Этот опытный образец является первым в свое роде компактным, малопотребляющим и надежным квантовым датчиком для навигационных измерений. Более того, на нынешний момент времени этот датчик уже проработал непрерывно в течение года, не нуждаясь во внешней вакуумной системе. За все время работы не было замечено никаких признаков деградации точности, динамического диапазона и других характеристик датчика, что уже позволяет задумываться о практическом применении данной технологии.
Вместо внешней вакуумной системы в квантовом навигационном датчике используется технология, применяемая еще со времени появления первых электронных ламп. В титановый корпус датчика встроено два устройства-поглотителя, наполненные специальным составом, который вступает в химические реакции и связывает любые молекулы, которым удалось просочиться внутрь объема камеры. Запасов поглощающего материала в устройствах достаточно для поддержания вакуума в течение длительного времени, а сами устройства-поглотители не нуждаются в подаче энергии извне.
Более того, чтобы не допустить просачивания молекул в рабочий объем вакуумной камеры датчика, исследователи использовали титан и сапфир в качестве материала для изготовления всех элементов. Эти материалы, как известно, способны блокировать даже гелий, который способен просачиваться даже через нержавеющую сталь и специальное стекло Pyrex.
К сожалению, говорить о практическом применении квантового датчика-акселерометра еще очень рано. Как уже упоминалось выше, этот датчик на текущий момент времени сумел проработать в непрерывном режиме только один год. А для демонстрации того, что данная технология уже готова к массовому использованию потребуется минимум пять лет непрерывной работы. Оставшиеся до конца испытаний четыре года специалисты лаборатории Сандиа планируют потратить на оптимизацию процесса производства таких датчиков, ведь для изготовления опытного образца были использованы крайне дорогостоящие технологии и оборудование, применяемое для изготовления ядерного оружия.
