这个装置可以实现无GPS导航
由桑迪亚国家实验室设计和制造的一种紧凑设备可能成为下一代导航系统的关键组成部分。
不要让钛金属墙壁或蓝宝石窗户欺骗了你。这是在这个小而奇怪的装置里面的东西,也许有一天会开启一个新的导航时代。
在一年多的时间里,这个牛油果大小的真空室在合适的条件下容纳了一团原子云,以进行精确的导航测量。桑迪亚国家实验室的科学家PeterSchwindt说,这是第一个体积小、能效高且足够可靠的设备,有可能使量子传感器利用量子力学超越传统技术的传感器从实验室进入商业应用。
他说,桑迪亚开发了这个舱,作为未来不依赖GPS卫星的导航系统的核心技术。今年早些时候,《AVS量子科学》杂志对此进行了描述。
全球有数不清的设备使用GPS来寻路。这是可能的,因为以精确计时著称的原子钟可以让卫星网络完全同步。
但GPS信号可能被干扰或欺骗,可能导致商用和军用车辆的导航系统瘫痪,Schwindt说。
因此,Schwindt说,未来的飞行器可能会跟踪自己的位置,而不是依赖卫星。他们可以用像原子钟一样精确的机载设备来测量加速度和旋转,但这种设备是通过向小型铷气体云发射激光来测量加速度和旋转的,就像桑迪亚所包含的那样。
桑迪亚国家实验室的科学家PeterSchwindt(左)和博士后科学家BethanyLittle正在检查装在一个黄色3d打印支架上的真空包装。
紧凑是真实应用程序的关键
原子加速度计和陀螺仪已经存在,但它们太大,太耗电,无法用于飞机的导航系统。这是因为它们需要一个巨大的真空系统来工作,一个需要数千伏特电压的系统。
量子传感器是一个不断发展的领域,你可以在实验室里展示很多应用,Sandia博士后科学家贝瑟尼利特尔(BethanyLittle)说,他对这项研究做出了贡献。但当你把它放到现实世界中,就有很多问题需要解决。二是使传感器紧凑和坚固。所有的物理过程都发生在一立方厘米(0。06立方英寸)的体积中,所以任何比这更大的体积都是浪费空间。
利特尔说,她的团队已经证明,量子传感可以在没有高能真空系统的情况下工作。这将压缩包到一个实际的尺寸,而不牺牲可靠性。
与抽走泄漏分子并破坏测量结果的动力真空泵不同,一对名为getter的设备使用化学反应来绑定入侵者。每一个吸管大约有铅笔橡皮擦那么大,所以它们可以被塞进两个从钛包中伸出来的狭窄管子里。它们也可以在没有电源的情况下工作。
为了进一步防止污染,Schwindt与Sandia材料科学家合作,用钛和蓝宝石建造了这个室。这些材料尤其擅长阻挡像氦这样的气体,它可以挤过不锈钢和耐热玻璃。资金由桑迪亚实验室指导的研究和发展项目提供。
建造过程中采用了先进的制造技术,桑迪亚已经磨练了这种技术,以粘结用于核武器部件的先进材料。和核武器一样,钛室必须可靠地工作数年。
桑迪亚团队正在继续监控该设备。他们的目标是将其封存并在5年内投入使用,这是显示该技术已准备好投入使用的一个重要里程碑。与此同时,他们正在探索提高生产效率的方法。