GPS используется вот уже не один десяток лет, став из целиком военной технологии востребованными и поистине незаменимым сервисом. Системой навигации пользуются в гражданской и военной авиации, в судоходстве, благодаря многочисленным гаджетам и оборудованию она доступна практически любому человеку. Современная жизнь находится в полной зависимости от GPS, но работу системы нельзя назвать идеальной, поэтому в лаборатории Sandia ведётся разработка новых навигационных приборов.

Неидеальная работа

В своё время спутниковая система позиционирования (GPS) казалась самым лучшим способом определения точного положения объекта. Сеть околоземных спутников постоянно посылает к земле радиосигналы в определённом формате. Они содержат в себе маркеры, по которым определяется точное время отправления сигнала. Получая сигнал от спутника, приёмник в телефоне, часах или любом другом устройстве может определить собственное местоположение, используя эффект Доплера. На практике всё оказывается не так просто. Приёмнику требуется хороший стабильный сигнал, иначе определить местоположение будет просто невозможно. В идеале ему необходимо находиться на открытой местности, где нет вблизи никаких высоких объектов. Даже листва и ветки над головой являются препятствием для спутникового сигнала, а на полярных широтах GPS вообще не доступен. Как только уровень радиосигнала падает или тот исчезает совсем, прибор больше не может ориентироваться на местности.

В целом ряде случаев подобные ограничения сыграли злую шутку с теми, кто пытался воспользоваться GPS. Поэтому исследователи из лаборатории Sandia, принадлежащей Министерству энергетики США, активно работают над созданием системы позиционирования, которая не будет зависеть от спутниковых сигналов.

Координаты без спутников

Для управления военными ракетами, которые использовались во время Второй мировой войны, в своё время разработали технологию и назвали её инерциальным наведением. Её главной частью был гироскоп, движение которого фиксировалось по всем трём плоскостям. Это позволяло с высокой точностью определять маршрут следования ракеты и её координаты относительно места старта. Позже эту технологию усовершенствовали и начали использовать на подводных лодках. Находясь под водой, те не имеют возможности сориентироваться на местности, в этом им помогает автономная система навигации, не требующая всплытия. В ней целый набор датчиков фиксирует каждое движение подводной лодки и скорость её хода. Автоматика соотносит полученные данные с хронометром, синхронизированным с атомными часами, строит маршрут и очень точно определяет координаты на карте.

Единственный минус такой системы – её большая сложность и цена: для измерений в ней используется лазер, а ему для работы необходим вакуум. Поэтому установка получается массивной и для широкого использования не годится. По мнению исследователей из лаборатории Sandia, её можно значительно упростить. Современные технологии позволяют изготовить миниатюрные квантовые датчики, фиксирующие лазерное излучение. Им удалось создать камеру измерительного прибора, уменьшив её внутренний объём до 1 кубического сантиметра. В результате она получилась очень компактной, в чём немало помогли современные методы по удержанию вакуума. Сама камера изготовлена из титана, а для лазера в неё вставлены сапфировые окна.

По признанию самих учёных, хоть такая конструкция и является более надёжной, чем с обычным или боросиликатным стеклом, она не сможет слишком долго удерживать вакуум на достаточно высоком уровне. В неё всё равно просочится воздух, а он будет мешать измерениям. Чтобы каждый раз не создавать в камере идеальный вакуум и избежать использования вакуумного оборудования, исследователи установили в неё геттеры, газопоглотители. Главная их часть – химический фильтр с вольфрамовой нитью, при включении нить накаляется и фильтр поглощает попавшие внутрь молекулы воздуха. Пока что собранная камера проходит тестирование на уровень герметичности: в ней создали необходимый вакуум и запечатали на пять лет. Пока исследователи будут ждать результатов теста, они займутся дальнейшей миниатюризацией прибора и подготовкой его к использованию с различными видами оборудования.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!