В настоящее время для определения местоположения в пространстве воздушные суда используют Глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) такие как GPS, ГЛОНАСС, Galileo. Надежность данных систем зависит от стабильности сигнала, который может быть подвержен влиянию внешних факторов, таких как помехи, глушение, а также космические явления, например, солнечные вспышки.
При потере спутниковой навигации воздушные суда используют встроенные инерциальные навигационные системы (INS), которые осуществляют — процесс вычисления курса на основе данных о скорости, направлении и ускорении. Но данные системы зависят от класса, и могут поддерживать необходимую точность навигации как от нескольких секунд, так и до нескольких часов, дней.
В связи с возрастающей потребностью к точности и непрерывности сигнала для осуществления определения местоположения существует необходимость альтернативной технологии навигации, которая не будет зависеть от внешних сигналов, будь то спутниковые или радиосигналы. Решением данной проблемы является создание и внедрение Квантовой навигационной системы.
Основным преимуществом данных систем является исключительная точность квантовых сенсоров и системы, основанные на этой технологии, могут работать без необходимости частой перекалибровки. Ещё одним значительным преимуществом квантовой навигации является её устойчивость к внешним помехам. В условиях, где GNSS может быть подвержен глушению или подмене сигнала (спуфингу), квантовые сенсоры, не зависящие от внешних сигналов, могут обеспечить безопасную и надежную навигацию.
Так каков принцип работы данной технологии? Давайте разбираться. В основе данных систем лежит квантовая механика. Это раздел физики, который изучает поведение частиц на субатомном уровне. Один из ключевых принципов квантовой механики — это волновая природа частиц. Это означает, что частицы могут вести себя как волны, что лежит в основе квантовой механики. Это касается и атомов. Даже очень слабое воздействие на атом — например, изменение гравитации или ускорения — может повлиять на его состояние. Эти изменения настолько незначительны, что их невозможно зафиксировать обычными методами. Но квантовая механика позволяет заметить такие малые отклонения и использовать их для очень точных измерений. Один из ярких примеров применения квантовой физики — это атомные часы. Они работают на основе квантовых свойств атомов и позволяют измерять время с невероятной точностью. Именно на таких принципах также построена система квантовой навигации.
Что же на практике? Согласно официальному сайту правительства Великобритании, в стране были успешно проведены коммерческие летные испытания передовых навигационных систем на базе квантовых технологий, которые невозможно заглушить. Компания Infleqtion, специализирующаяся на квантовых технологиях, в сотрудничестве с BAE Systems и QinetiQ провела испытания на объекте Министерства обороны Великобритании в Боскомб-Дауне (графство Уилтшир). Министр науки Эндрю Гриффит присутствовал на финальном испытательном полете 9 мая. Эти испытания стали первым случаем, когда подобные новаторские технологии были протестированы в Великобритании в воздухе, и первыми публично подтверждёнными испытательными полетами такого рода в мире.
В ходе серии испытательных полетов команда Infleqtion продемонстрировала два передовых квантовых решения: компактные оптические атомные часы Tiqker и высокоточное квантовое устройство на основе ультрахолодных атомов, установленные на борту модифицированного самолета RJ100 Airborne Technology Demonstrator компании QinetiQ.
Также на сайте Arxiv.org были опубликованы результаты исследований квантовой навигационной системы “Ironstone Opal” компании Q-CTRL. По информации компании
Q-CTRL, система Ironstone Opal — это пассивная навигационная технология, которая не излучает сигналы и, соответственно, не может быть перехвачена или заглушена. Вместо того чтобы полагаться на спутниковую навигацию, она использует естественные колебания магнитного поля Земли, которое немного меняется в зависимости от географического положения. Улавливая эти изменения с помощью чувствительных магнитометров, система способна точно определить координаты. Создание такой инновационной технологии стало возможным благодаря запатентованным квантовым датчикам, разработанным компанией Q-CTRL.
Существует большая вероятность что с высокими темпами развития технологий квантовые навигационные системы вытеснят системы GNSS уже к 2030 году. Однако не стоит забывать, что не смотря на высокую точность, стабильность и высокотехнологичность данных систем, традиционные наземные системы навигации воздушных судов (DVOR, DME, NDB) также будут использоваться в качестве резервных систем навигации.