211service.com
Pulksteņu pārnēsāšanas kvadrokopteri varētu nodrošināt īpaši precīzu GPS
Globālā pozicionēšanas sistēma ir kļuvusi par vienu no 21. gadsimta dzīves pamatpīlāriem. Lielākajai daļai cilvēku attīstītajā pasaulē ir GPS uztvērējs, un daudzas nozares paļaujas uz tiem, dažreiz veicot dzīvībai svarīgus uzdevumus.
Šī sistēma ir tik svarīga, ka valdības, nozares vadītāji un militārpersonas jau sen ir pētījušas tās trūkumus un raizējušās par to, cik viegli to varētu nojaukt. Viņu roku izgriešanas rezultāti nekādā ziņā nav iepriecinoši.
Viens no murgu scenārijiem ir Keslera sindroms, satraucošā iespēja, ka sadursme Zemes orbītā var izraisīt turpmāku sadursmju kaskādi, kas ievērojami palielina kosmosa atkritumu blīvumu. Tas var iznīcināt visu GPS satelītu konstelāciju tikai dažu stundu laikā.
Tik daudzas grupas ir sākušas domāt par to, kā varētu atjaunot GPS sistēmu, nepaļaujoties uz satelītiem. Un šodien ASV valdības Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts publicē vienas programmas rezultātus, kas to varētu padarīt iespējamu.
Vispirms nedaudz fona. GPS satelīti būtībā ir orbītas pulksteņi, kas pārraida precīzus, sinhronizētus laika signālus. Uztvērējs uz zemes var triangulēt savu pozīciju, salīdzinot trīs vai vairāk satelītu signālu ierašanās laikus.
Orbītas pulksteņi ir atomu pulksteņi, kuru pamatā ir cēzija atomi. Kad elektroni, kas riņķo ap atomiem, pārlec no viena stāvokļa uz otru, tie rada starojumu ar frekvenci, kas ir tieši 9 192 631 770 herci — tā sauktais cēzija standarts. To izmanto, lai saglabātu laiku.
Šo atompulksteņu precizitāte ir 10-6 sekundes un tiek regulāri sinhronizēta ar zemes sistēmām. Šī sinhronizācija nosaka sistēmas pozicionēšanas precizitāti.
Tomēr uz zemes balstītos pulksteņus var sinhronizēt ar daudz lielāku precizitāti. Patiešām, paņēmiens, kas pazīstams kā optiskā divvirzienu laika frekvences pārsūtīšana, sinhronizē pulksteņus 10–19 sekunžu robežās.
Bet to piemērot kustīgiem pulksteņiem nav bijis iespējams. Sinhronizācijas procedūra pieņem, ka laiks, kas nepieciešams, lai gaisma pārvietotos no viena pulksteņa uz otru, ir vienāds abos virzienos. Bet tas tā nav, ja kāds pulkstenis kustas. Tāpēc to nevar izmantot GPS tipa sistēmām
Šķiet, ka šodien tas mainīsies, pateicoties Hugo Beržerona un kolēģu darbam NIST iestādē Boulderā, Kolorādo. Šie puiši ir izstrādājuši paņēmienu kustīgu pulksteņu pāra sinhronizēšanai ar neparastu precizitāti.
Jaunās pieejas noslēpums ir samērā vienkāršs. Mērķis ir atrast veidu, kā ņemt vērā pulksteņu kustību. Tātad Beržerons un co vienkārši mēra relatīvo kustību.
Viņi saka, ka ātrums tiek noteikts no izmērītā lidojuma laika izmaiņu ātruma trīs aptuveni nepārtrauktos mērījumos, kas prasa ~ 1,5 ms pa turbulentu saiti.
Viņi pārbaudīja šo jauno tehniku, izmantojot laika signālus, ko pārraida retroreflektori, kas uzstādīti kvadrokopteru pārim, kas var pārvietoties ar relatīvo ātrumu līdz 24 metriem sekundē.
Un rezultāti ir iespaidīgi. Viņi saka, ka sinhronizēto pulksteņu frekvence ir ~ 10–18.
Tas acīmredzami ir daudz precīzāks par pašreizējiem GPS signāliem un paver veselu virkni jaunu lietojumprogrammu. Ne mazāk svarīgi ir precīzāka navigācija, bet arī potenciāls izplatītiem mobiliem zinātniskiem eksperimentiem, kas meklē visu, sākot no gravitācijas viļņiem līdz tumšajai matērijai.
Un tas arī palielina iespēju ātri nomainīt GPS satelītu konstelāciju, ja notiek katastrofa, izmantojot balonus, dronus vai citus lidojošus transportlīdzekļus.
Atsauce: arxiv.org/abs/1808.07870 : lidojoša kvadrakoptera optisko pulksteņu femtosekundes sinhronizācija