سیستمهای موقعیتیابی جهانی مبتنی بر ماهواره یا GPS، دهههاست که روش اصلی ناوبری هوافضا بودهاند. اما با افزایش پارازیت و جعل GPS، این صنعت به دنبال بهروزرسانی سریع آن است.
اکنون، مرکز نوآوری ایرباس مستقر در سیلیکون ولی، Acubed، و شرکت هوش مصنوعی و کوانتومی گوگل، SandboxAQ، در ماموریتی برای نشان دادن یک روش جایگزین هستند. این روش شامل یک جعبه کوچک به اندازه توستر، لیزرها، یک تراشه GPU و دانش عمیق از میدان مغناطیسی زمین است.
این فناوری که به عنوان حسگر کوانتومی شناخته میشود، دهههاست که در تعدادی از شرکتها در حال توسعه است و اکنون به تجاریسازی در هوافضا نزدیکتر میشود.
Acubed اخیراً MagNav، دستگاه حسگر کوانتومی SandboxAQ، را در یک آزمایش در مقیاس بزرگ به کار گرفت و بیش از ۱۵۰ ساعت با آن در سراسر قاره آمریکا با یک هواپیمای هوانوردی عمومی که Acubed آن را «آزمایشگاه پرواز» خود مینامد، پرواز کرد.
MagNav از فیزیک کوانتومی برای اندازهگیری امضاهای مغناطیسی منحصر به فرد در نقاط مختلف پوسته زمین استفاده میکند. یک الگوریتم هوش مصنوعی این امضاها را با یک مکان دقیق مطابقت میدهد. در طول آزمایش، Acubed دریافت که میتواند جایگزین امیدوارکنندهای برای GPS در توانایی تعیین مکان هواپیما در طول پروازها باشد.
جک هیداری، مدیر اجرایی SandboxAQ، گفت: “بخش سخت، اثبات این بود که این فناوری میتواند کار کند. قبل از اینکه این فناوری از مرحله آزمایش خارج شود، آزمایشها و گواهینامههای بیشتری مورد نیاز خواهد بود. SandboxAQ ابتدا مشتریان دفاعی و سپس پروازهای تجاری را هدف قرار خواهد داد. زیرا افزایش دستکاری GPS نیاز به یک سیستم ناوبری پشتیبان در پروازها را ضروریتر میکند.”
ایرباس اعلام کرد که نمیتواند در مورد برنامههای آینده در مورد استفاده از این فناوری اظهار نظر کند. اریک یوتنویر، مهندس ارشد سیستم در Acubed، گفت: “خوشحالم که تاکنون توانستهایم در این زمینه سرمایهگذاری کنیم. فکر میکنم واقعاً نشان میدهد که این فناوری میتواند یک کمک بالقوه باشد. نیاز به این امر شامل تمام بخشهای کلیدی تجاری ایرباس میشود.”
اختلال در GPS، زمانی که سیگنالهای موقعیتیابی مسدود میشوند تا مکان پرواز نشان داده نشود، و جعل، زمانی که GPS مکان نادرستی را نشان میدهد، در خاورمیانه و اطراف اوکراین و روسیه در حال افزایش است. ارتشهای مختلف در منطقه ممکن است از چنین تکنیکهایی برای جلوگیری از یافتن اهداف توسط موشکها و پهپادها استفاده کنند، اما این عمل میتواند بر پروازهای غیرنظامی تأثیر بگذارد.
GPS در مقابل حسگر کوانتومی
GPS با پخش سیگنالهای دقیق از مجموعهای از ماهوارهها که به دور کره زمین میچرخند، کار میکند. اما ارتشها و بازیگران بد همچنین میتوانند سیگنالهای جعلی را که از زمین پخش میشوند، ارسال کنند که تشخیص آنها دشوار است.
هیداری از SandboxAQ گفت، دستگاه حسگر کوانتومی کاملاً آنالوگ است و اساساً آن را غیرقابل اختلال و غیرقابل جعل میکند. برخلاف GPS، به هیچ سیگنال دیجیتالی که در برابر هک آسیبپذیر باشد، متکی نیست. او گفت اطلاعاتی که ارائه میدهد کاملاً از دستگاه موجود در دستگاه تولید میشود و از امضاهای مغناطیسی زمین استفاده میکند که نمیتوان آنها را جعل کرد.
هیداری گفت، حسگر کوانتومی احتمالاً جایگزین تمام کاربردهای GPS سنتی نخواهد شد، اما میتواند یک پشتیبان قابل اعتماد باشد و به خلبانان کمک کند تا واقعاً بدانند چه زمانی GPS جعل میشود.
نحوه کار آن
در داخل دستگاه SandboxAQ، که اساساً یک جعبه سیاه کوچک است، یک لیزر یک فوتون را به یک الکترون شلیک میکند و آن را مجبور به جذب آن فوتون میکند. هنگامی که لیزر خاموش میشود، آن الکترون به حالت پایه خود برمیگردد و فوتون را آزاد میکند. با آزاد شدن فوتون، بر اساس قدرت میدان مغناطیسی زمین در آن مکان خاص، یک امضای منحصر به فرد از خود منتشر میکند.
هر متر مربع از جهان یک امضای مغناطیسی منحصر به فرد دارد که بر اساس نحوه خاص مغناطیسی شدن مواد معدنی پوسته توسط ذرات آهن باردار در هسته مذاب بیرونی زمین است. دستگاه SandboxAQ آن امضا را ردیابی میکند، آن را به یک الگوریتم هوش مصنوعی که بر روی یک پردازنده گرافیکی واحد اجرا میشود، میدهد، امضا را با نقشههای امضای مغناطیسی موجود مقایسه میکند و مکان دقیقی را برمیگرداند.
اداره هوانوردی فدرال الزام میکند که هواپیماها در حین حرکت باید بتوانند موقعیت دقیق خود را در محدوده ۲ مایل دریایی (کمی بیشتر از ۲ مایل) مشخص کنند. در طول آزمایش Acubed، مشخص شد که MagNav میتواند موقعیت مکانی را در ۱۰۰٪ مواقع در محدوده ۲ مایل دریایی مشخص کند و حتی میتواند موقعیت مکانی را در محدوده ۵۵۰ متر یا کمی بیشتر از یک چهارم مایل دریایی، در ۶۴٪ مواقع، مشخص کند.
هیداری گفت: “این اولین سیستم ناوبری مطلق جدید تا آنجا که ما میدانیم در ۵۰ سال گذشته است.”
حسگر کوانتومی چه کارهای دیگری میتواند انجام دهد؟
جو دپا، مدیر ارشد نوآوری جهانی EY، گفت که کاربردهای حسگر کوانتومی فراتر از هوافضا است. در دفاع، میتوان از آنها برای شناسایی زیردریاییها و تونلهای پنهان نیز استفاده کرد. در مراقبتهای بهداشتی، آنها حتی میتوانند سیگنالهای مغناطیسی ضعیف را از مغز یا قلب تشخیص دهند، که از نظر تئوری امکان تشخیص بهتر بیماریهای عصبی و قلبی را بدون انجام اقدامات تهاجمی فراهم میکند.
دپا گفت، اگرچه این فناوری دهههاست که در آزمایشگاه بوده است، اما شاهد ورود نمونههای بیشتری از حسگرهای کوانتومی به دنیای واقعی هستیم. او گفت، برخی از تحلیلگران تخمین میزنند که بازار حسگرهای کوانتومی تا سال ۲۰۴۰ میتواند به ۱ تا ۶ میلیارد دلار برسد.
دپا گفت: “ما در مورد چیزی مربوط به ۲۰ سال آینده صحبت نمیکنیم. این [وضعیت] همین جا و همین الان است.”