Tajny X-37b przeprowadzi podczas następnego lotu eksperyment z kwantowym GPS-em



Tajemniczy, niewielki statek kosmiczny wyruszył w kolejną ze swoich tajemniczych misji kosmicznych. Samuel Lellouch: 21 sierpnia 2025 r. amerykański wojskowy statek kosmiczny, pojazd testowy X-37B, wyruszył w swój ósmy lot w kosmos. Wiele z tego, co X-37B robi w kosmosie, jest objęte tajemnicą. Jednak częściowo służy on jako platforma do przeprowadzania najnowocześniejszych eksperymentów. Jednym z takich eksperymentów jest potencjalna alternatywa dla GPS, wykorzystująca naukę kwantową jako narzędzie nawigacyjne: kwantowy czujnik bezwładności.

Systemy satelitarne, takie jak GPS, są wszechobecne w naszym codziennym życiu, od map w smartfonach po lotnictwo i logistykę. Jednak GPS nie jest dostępny wszędzie. Technologia ta może zrewolucjonizować nawigację statków kosmicznych, samolotów, statków i łodzi podwodnych w środowiskach, w których GPS jest niedostępny lub zakłócony. W przestrzeni kosmicznej, zwłaszcza poza orbitą Ziemi, sygnały GPS stają się zawodne lub po prostu zanikają. To samo dotyczy środowiska podwodnego, gdzie łodzie podwodne nie mają dostępu do GPS. Nawet na Ziemi sygnały GPS mogą być zakłócane (blokowane), fałszowane (co powoduje, że odbiornik GPS myśli, że znajduje się w innym miejscu) lub wyłączane – na przykład podczas konfliktu.

To sprawia, że nawigacja bez GPS staje się poważnym wyzwaniem. W takich sytuacjach niezbędne są systemy nawigacyjne, które działają niezależnie od sygnałów zewnętrznych. Tradycyjne systemy nawigacji bezwładnościowej (INS), które wykorzystują akcelerometry i żyroskopy do pomiaru przyspieszenia i obrotu pojazdu, umożliwiają niezależną nawigację, ponieważ mogą oszacować pozycję, śledząc ruch pojazdu w czasie. Wyobraź sobie, że siedzisz w samochodzie z zamkniętymi oczami: nadal czujesz zakręty, zatrzymania i przyspieszenia, które mózg integruje, aby z czasem odgadnąć, gdzie się znajdujesz. Jednak w pewnym momencie, bez wskazówek wizualnych, małe błędy kumulują się i całkowicie tracisz orientację. To samo dotyczy klasycznych systemów nawigacji bezwładnościowej: gdy gromadzą się niewielkie błędy pomiarowe, stopniowo zbaczają z kursu i muszą być korygowane za pomocą GPS lub innych sygnałów zewnętrznych.

Gdzie pomaga kwantowa fizyka

Kiedy myślisz o fizyce kwantowej, może przychodzić Ci na myśl dziwny świat, w którym cząsteczki zachowują się jak fale, a kot Schrödingera jest jednocześnie martwy i żywy. Te eksperymenty myślowe faktycznie opisują zachowanie maleńkich cząstek, takich jak atomy.

W bardzo niskich temperaturach atomy podlegają zasadom mechaniki kwantowej: zachowują się jak fale i mogą istnieć w kilku stanach jednocześnie – dwie właściwości, które stanowią podstawę działania czujników bezwładności kwantowej. Czujnik bezwładności kwantowej na pokładzie X-37B wykorzystuje technikę zwaną interferometrią atomową, w której atomy są schładzane do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, dzięki czemu zachowują się jak fale. Za pomocą precyzyjnie dostrojonych laserów każdy atom jest rozdzielany do tak zwanego stanu superpozycji, podobnie jak kot Schrödingera, tak że porusza się jednocześnie po dwóch ścieżkach, które następnie są ponownie łączone. Ponieważ w mechanice kwantowej atom zachowuje się jak fala, te dwie ścieżki interferują ze sobą, tworząc wzór podobny do nakładających się fal na wodzie. Wzór ten zawiera szczegółowe informacje o tym, jak otoczenie atomu wpłynęło na jego podróż. W szczególności najmniejsze zmiany ruchu, takie jak obroty czujników lub przyspieszenia, pozostawiają rozpoznawalne ślady na tych atomowych „falach”.

W porównaniu z klasycznymi systemami nawigacji bezwładnościowej czujniki kwantowe oferują czułość wyższą o kilka rzędów wielkości. Ponieważ atomy są identyczne i w przeciwieństwie do komponentów mechanicznych lub elektronicznych nie ulegają zmianom, są znacznie mniej podatne na dryft lub zniekształcenia. Rezultatem jest długotrwała i bardzo precyzyjna nawigacja bez zewnętrznych punktów odniesienia.

Misja X-37B po raz pierwszy przetestuje ten poziom kwantowej nawigacji bezwładnościowej w kosmosie. Wcześniejsze misje, takie jak Cold Atom Laboratory NASA i MAIUS-1 Niemieckiej Agencji Kosmicznej, wykorzystywały interferometry atomowe na orbicie lub podczas lotów suborbitalnych i z powodzeniem zademonstrowały fizykę interferometrii atomowej w kosmosie, ale nie były one przeznaczone specjalnie do celów nawigacyjnych. W przeciwieństwie do nich eksperyment X-37B został zaprojektowany jako kompaktowa, wydajna i wytrzymała jednostka nawigacji bezwładnościowej do rzeczywistych misji długoterminowych. Przenosi interferometrię atomową z dziedziny czystej nauki do praktycznego zastosowania w lotnictwie i kosmonautyce. Jest to duży krok naprzód i ma istotne znaczenie zarówno dla lotnictwa wojskowego, jak i cywilnego. Dla amerykańskich sił kosmicznych stanowi to krok w kierunku większej odporności operacyjnej, zwłaszcza w scenariuszach, w których GPS może być niedostępny. W przyszłych badaniach kosmicznych, na przykład na Księżycu, Marsie, a nawet w głębi kosmosu, gdzie autonomia ma kluczowe znaczenie, system nawigacji kwantowej mógłby służyć nie tylko jako niezawodny system zapasowy, ale nawet jako system podstawowy, gdy sygnały z Ziemi są niedostępne.

Nawigacja kwantowa to tylko część obecnej, szerszej fali technologii kwantowych, które przechodzą z badań laboratoryjnych do praktycznego zastosowania. Podczas gdy komputery kwantowe i komunikacja kwantowa często trafiają na pierwsze strony gazet, systemy takie jak zegary kwantowe i czujniki kwantowe prawdopodobnie jako pierwsze znajdą szerokie zastosowanie. Kraje takie jak Stany Zjednoczone, Chiny i Wielka Brytania inwestują ogromne środki w kwantowe czujniki bezwładności, a ostatnie testy w powietrzu i pod wodą są obiecujące. W 2024 roku Boeing i AOSense przeprowadziły pierwsze na świecie testy kwantowej nawigacji bezwładnościowej na pokładzie samolotu załogowego.

W trakcie testów zademonstrowano ciągłą nawigację bez użycia GPS przez około cztery godziny. W tym samym roku Wielka Brytania przeprowadziła pierwsze publicznie uznane testy nawigacji kwantowej na pokładzie samolotu pasażerskiego. Tego lata misja X-37B przeniesie te postępy w kosmos. Ze względu na swój wojskowy charakter test może pozostać tajny i nie zostać opublikowany. Jeśli jednak zakończy się sukcesem, może zostać zapamiętany jako moment, w którym nawigacja kosmiczna zrobiła ogromny krok naprzód.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl