توسط : سامانه موقعیت‌یابی جهانی (GPS) به بخش جدایی‌ناپذیری از زندگی روزمره و عملیات نظامی تبدیل شده است، اما محدودیت‌های آن در محیط‌های خاص آشکار است. سیگنال‌های GPS در مناطق جنگی به‌راحتی مختل یا جعل می‌شوند، در زیر زمین و اعماق دریا غیرقابل دریافت‌اند و در مأموریت‌های فضایی دوردست، مانند سفر به ماه یا مریخ، عملاً کاربردی ندارند. به همین دلیل، دانشمندان و نیروهای نظامی به دنبال فناوری‌های جایگزینی هستند که بتوانند موقعیت‌یابی را بدون وابستگی به ماهواره‌ها انجام دهند.
ناوبری کوانتومی: انقلابی در موقعیت‌یابی
سامانه‌های سنتی ناوبری، مانند شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌ها، با اندازه‌گیری حرکت و چرخش، موقعیت تقریبی را تخمین می‌زنند. اما این روش‌ها به مرور زمان دچار خطا می‌شوند، مشابه زمانی که با چشمان بسته در خودرو سعی می‌کنید مسیر را حدس بزنید و پس از مدتی گمراه می‌شوید. این سامانه‌ها برای اصلاح خطاها به سیگنال‌های خارجی مانند GPS وابسته‌اند.
حسگر اینرسی کوانتومی، فناوری نویدبخشی است که می‌تواند این محدودیت‌ها را برطرف کند. این حسگر از اصول مکانیک کوانتومی و فناوری تداخل اتمی بهره می‌برد:
- اتم‌ها تا دمای نزدیک به صفر مطلق خنک می‌شوند تا خاصیت موجی آن‌ها نمایان شود.
- لیزرها اتم‌ها را به حالت برهم‌نهی می‌رسانند، به‌طوری که همزمان در دو مسیر حرکت می‌کنند.
- این مسیرها دوباره ترکیب شده و الگویی موج‌مانند ایجاد می‌کنند که کوچک‌ترین تغییرات حرکت یا چرخش را ثبت می‌کند.
- با تحلیل این الگو، حسگر می‌تواند موقعیت دقیق وسیله را بدون نیاز به سیگنال خارجی محاسبه کند.
برخلاف ابزارهای مکانیکی یا الکترونیکی، اتم‌ها در حسگرهای کوانتومی خطای تجمعی تولید نمی‌کنند. این ویژگی دقت بی‌نظیری را در طولانی‌مدت فراهم می‌کند، به‌طوری که حتی پس از روزها یا هفته‌ها، موقعیت‌یابی دقیق باقی می‌ماند. این فناوری می‌تواند در محیط‌های چالش‌برانگیز مانند فضا، زیر آب یا مناطق جنگی استفاده شود.
فضاپیمای X-37B: آزمایشگاه فناوری‌های آینده
فضاپیمای بی‌سرنشین X-37B، متعلق به نیروی فضایی ایالات متحده، از سال ۲۰۱۰ بستری برای آزمایش فناوری‌های پیشرفته بوده است. این فضاپیمای قابل استفاده مجدد، که بسیاری از مأموریت‌هایش محرمانه‌اند، در پرتاب اخیر خود مأموریتی آشکارتر را دنبال می‌کند: آزمایش حسگرهای اینرسی کوانتومی و سامانه‌های ارتباط لیزری.
ارتباطات لیزری، که سرعت و امنیت بیشتری نسبت به امواج رادیویی ارائه می‌دهند، یکی از فناوری‌های کلیدی برای شبکه‌های فضایی آینده هستند. حسگرهای کوانتومی نیز با ارائه موقعیت‌یابی مستقل، می‌توانند وابستگی به GPS را در مأموریت‌های فضایی حذف کنند. موفقیت این آزمایش‌ها در X-37B می‌تواند نقطه عطفی در توسعه فناوری‌های ناوبری مستقل باشد و زیربنای نسل جدیدی از سامانه‌های موقعیت‌یابی را فراهم کند.
چالش‌ها و چشم‌انداز آینده
با وجود پتانسیل بالای ناوبری کوانتومی، این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد. چالش‌هایی مانند کوچک‌سازی حسگرها، افزایش پایداری در شرایط سخت فضایی و کاهش هزینه‌های تولید، موانعی هستند که باید برطرف شوند. با این حال، مأموریت X-37B گامی مهم در تبدیل این فناوری از یک ایده آزمایشگاهی به سیستمی عملیاتی است.
ناوبری کوانتومی می‌تواند آینده‌ای را رقم بزند که در آن موقعیت‌یابی دقیق، بدون نیاز به ماهواره‌ها، در هر نقطه از زمین یا فضا ممکن شود. این فناوری نه‌تنها برای مأموریت‌های نظامی و فضایی، بلکه برای کاربردهای غیرنظامی مانند ناوبری در تونل‌ها، معادن یا زیرساخت‌های شهری نیز تحولی بزرگ به همراه خواهد داشت.
منبع: livescience
