Испытания квантовой навигации

Компания Northrop Grumman провела успешные летные испытания новой квантовой навигационной системы на беспилотном летательном аппарате Lumberjack. Эта система позволяет определять курс и местоположение аппарата без использования спутниковой навигации, используя высокоточные измерения магнитного поля Земли.

Особенности беспилотных летательных аппаратов

Эксплуатация беспилотников требует не только уменьшения стандартных летных систем для компактного корпуса или проектирования без кабины пилота, но и интеграции современных датчиков, автономного программного обеспечения, бортовых компьютеров и каналов передачи данных.

Значение навигации для военных дронов

Для военных беспилотников надежная навигация имеет критическое значение, поскольку боевые и разведывательные аппараты должны достигать целей с высокой точностью. Спутниковые навигационные системы, такие как GPS и ГЛОНАСС, подвержены риску глушения или подделки сигналов противником, а также могут терять сигнал в сложных условиях — например, в каньонах, густонаселённых городах или вблизи полярных регионов.

Альтернативные методы навигации

Существует несколько способов ориентирования при недоступности или нарушении работы GPS. Разработанная Northrop Grumman совместно с компанией SandboxAQ система использует подход, аналогичный методам, применяемым моряками, которые определяют своё положение по батиметрическим картам и данным эхолотов.

Принцип работы квантовой навигационной системы

Система измеряет малейшие изменения магнитного поля Земли — силу, отклонение от магнитного севера и наклон — и сопоставляет их с обширной базой данных с помощью искусственного интеллекта. Это позволяет определять точное местоположение аппарата в реальном времени.

Ключевым элементом системы AQNav от SandboxAQ, установленной на Lumberjack, является оптически накачиваемый магнитометр (OPM). В его основе — стеклянная ячейка с парами щелочных металлов (например, рубидий, цезий или калий), которые освещаются поляризованным лазером определённой частоты. Лазер выстраивает атомы в определённом направлении, а внешнее магнитное поле вызывает их колебания. Измеряя эти колебания и проводя вычисления, система определяет силу и направление поля с высокой точностью (до 10⁻¹⁵ тесла).

Система функционирует при комнатной температуре и не требует сложного охлаждения или использования жидкого гелия, что облегчает её установку на беспилотнике Lumberjack с массой 36 кг и максимальным взлётным весом около 131 кг.

Преимущества и интеграция

Навигационная система не зависит от внешних сигналов и не может быть заглушена или подделана, так как использует только пассивные, естественные магнитные поля планеты. Испытания показали, что квантовый навигатор может работать совместно с визуальной навигационной системой, а модульная конструкция позволила провести испытания менее чем через месяц после интеграции.

Экономическая эффективность

Стоимость планера Lumberjack составляет от 75 000 до 100 000 долларов за единицу. Внедрение программно-центричной квантовой навигации значительно повышает надёжность этих относительно недорогих дронов без существенного увеличения стоимости.

Расширение возможностей миссий

Добавление квантовых сенсоров к автономной платформе, такой как Lumberjack, расширяет возможности выполнения задач в условиях отсутствия GPS-навигации.