บริษัท Q-CTRL ของออสเตรเลียได้บรรลุความก้าวหน้าในการนำทางที่ไม่ต้องพึ่งพา GPS โดยการทดสอบเครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมบนเรือของ Royal Australian Navy เป็นเวลา 354 ชั่วโมงโดยไม่มีการเชื่อมต่อดาวเทียม นี่เป็นการสาธิตเชิงปฏิบัติครั้งแรกของการตรวจจับแรงโน้มถ่วงควอนตัมสำหรับการนำทางบนยานพาหนะที่เคลื่อนที่ ซึ่งเปิดการอภิปรายเกี่ยวกับอนาคตของเทคโนโลยีการระบุตำแหน่งในสภาพแวดล้อมสงครามอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการแข่งขันเพิ่มมากขึ้น
เครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมทำงานโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสนามแรงโน้มถ่วงของโลกในตำแหน่งต่างๆ จากนั้นเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้เหล่านี้กับแผนที่แรงโน้มถ่วงที่มีอยู่แล้วเพื่อกำหนดตำแหน่ง ซึ่งแตกต่างจาก GPS ที่อาศัยสัญญาณดาวเทียมซึ่งสามารถถูกรบกวนหรือปลอมแปลงได้ การวัดแรงโน้มถ่วงให้การอ้างอิงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งไม่สามารถถูกจัดการได้อย่างง่ายดาย
ข้อมูลประสิทธิภาพการทดสอบ:
- ระยะเวลา: 354 ชั่วโมงของการนำทางแบบไร้ GPS
- แพลตฟอร์ม: เรือของกองทัพเรือ Royal Australian Navy ลำ MV Sycamore
- ช่วงเวลาทดสอบ: ปลายปี 2023
- อุปกรณ์: ต้นแบบเครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมขนาดแร็ค
- สถานะการดำเนินงาน: การสาธิตเชิงปฏิบัติครั้งแรกบนยานพาหนะเคลื่อนที่
 |
|---|
| ประตูที่เปิดอยู่บนเรือรบเผยให้เห็นอุปกรณ์เฉพาะทาง เน้นการทดสอบเทคโนโลยีการนำทางที่ไม่ต้องพึ่งพา GPS |
ความท้าทายทางเทคนิคและข้อจำกัดที่เกิดขึ้น
การอภิปรายในชุมชนเผยให้เห็นอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญซึ่งเครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมต้องเอาชนะ เทคโนโลยีนี้ต้องการอุปกรณ์ที่มีความไวสูงมากในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงที่เล็กมาก และต้นแบบปัจจุบันถูกอธิบายว่าเป็นอุปกรณ์ขนาดตู้แร็คที่ต้องการการปรับเทียบอย่างระมัดระวัง ระบบนี้ทำงานคล้ายกับการนำทางตามภูมิประเทศที่ใช้ในการประยุกต์ใช้ทางทหาร แต่แทนที่จะจับคู่ความสูงของภูมิประเทศ มันจับคู่ลายเซ็นแรงโน้มถ่วง
สภาพอากาศทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของเทคโนโลยี แม้ว่าฝนตกหนักหรือพายุเฮอริเคนอาจส่งผลต่อการวัดที่แม่นยำอย่างยิ่ง ผู้เชี่ยวชาญแนะนำว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงตามธรรมชาติทั่วพื้นผิวโลกมีขนาดใหญ่พอที่สภาพอากาศทั่วไปจะไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแม่นยำในการนำทาง อย่างไรก็ตาม ความไวของระบบทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการตรวจจับการประยุกต์ใช้อื่นๆ เช่น การระบุมวลขนาดใหญ่ในบริเวณใกล้เคียง
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค:
- ประเภทเซ็นเซอร์: การรบกวนอะตอมควอนตัม
- การวัด: การเปลี่ยนแปลงของสนามโน้มถ่วง
- อ้างอิง: แผนที่โน้มถ่วงดาวเทียมที่คอมไพล์ไว้ล่วงหน้า
- รูปแบบ: อุปกรณ์แบบติดตั้งในแร็ก
- การทำงาน: อัตโนมัติ ไม่ต้องการสัญญาณภายนอก
- การใช้งาน: การดำเนินงานทางทะเล เรือดำน้ำ การปฏิบัติการใน Arctic
ระบบนำทางทางเลือกอยู่ภายใต้การพิจารณา
การทดสอบเครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้จุดประกายการสนทนาที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับทางเลือกอื่นของ GPS ภารกิจ X-37B ที่จะมาถึงจะทดสอบเซ็นเซอร์เฉื่อยควอนตัมที่คล้ายกันในอวกาศ โดยรวมการตรวจจับสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงสำหรับการนำทาง ในขณะเดียวกัน ทางเลือกบนพื้นดินเช่น Broadcast Positioning System (BPS) กำลังได้รับการพัฒนา แม้ว่าจะมีข้อจำกัดของตัวเองในเรื่องความครอบคลุมและความต้านทานต่อการรบกวน
การนำทางท้องฟ้าแบบดั้งเดิมยังคงเป็นวิธีสำรองที่พิสูจน์แล้วซึ่งกองทัพเรือหลายแห่งยังคงสอนและรักษาไว้ ระบบติดตามดาวสมัยใหม่ที่ใช้คอมพิวเตอร์สามารถให้ความแม่นยำในระดับ GPS เมื่อท้องฟ้าแจ่มใส แม้ว่าเมฆจะยังคงเป็นความท้าทายที่ต่อเนื่องสำหรับวิธีการนำทางแบบออปติคัล
การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการนำทาง:
| ระบบ | แหล่งสัญญาณ | ความต้านทานการรบกวน | ความครอบคลุม | ความแม่นยำ |
|---|---|---|---|---|
| GPS | คลื่นวิทยุจากดาวเทียม | ต่ำ | ทั่วโลก | สูง |
| Quantum Gravimeter | แรงโน้มถ่วงของโลก | สูงมาก | ต้องใช้แผนที่ | ปานกลาง |
| BPS | คลื่นวิทยุภาคพื้นดิน | ปานกลาง | ระดับภูมิภาค | สูง |
| Celestial Navigation | ตำแหน่งดาวฤกษ์ | สูงมาก | ทั่วโลก | ปานกลาง |
ผลกระทบเชิงกลยุทธ์สำหรับการใช้งานทางทหารและทางทะเล
ข้อได้เปรียบหลักของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่ความมีภูมิคุ้มกันต่อกลยุทธ์สงครามอิเล็กทรอนิกส์ ดังที่ผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งกล่าวไว้ในการอภิปราย สิ่งใดก็ตามที่อาศัยสัญญาณความถี่วิทยุภายนอกยังคงมีความเสี่ยงต่อการปฏิเสธหรือการปลอมแปลงในสภาพแวดล้อมที่มีการแข่งขัน ความขัดแย้งที่กำลังดำเนินอยู่ใน Ukraine ได้เน้นย้ำถึงช่องโหว่เหล่านี้ ทำให้ระบบนำทางอัตโนมัติมีคุณค่าเพิ่มขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้ทางทหาร
คุณไม่สามารถปลอมแปลงแรงโน้มถ่วงได้โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายภูเขาจริงๆ
อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดแรงโน้มถ่วงควอนตัมเผชิญกับข้อจำกัดเชิงปฏิบัติที่ป้องกันไม่ให้มันแทนที่ GPS ได้อย่างสมบูรณ์สำหรับการประยุกต์ใช้ของพลเรือนส่วนใหญ่ ระบบนี้ต้องการแผนที่แรงโน้มถ่วงที่มีรายละเอียดและพลังประมวลผลที่ซับซ้อน ทำให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการประยุกต์ใช้เฉพาะทาง เช่น การนำทางเรือดำน้ำหรือการปฏิบัติการในภูมิภาค Arctic ที่โครงสร้างพื้นฐาน GPS อาจไม่น่าเชื่อถือ
การทดสอบ 354 ชั่วโมงที่ประสบความสำเร็จแสดงถึงก้าวสำคัญไปสู่ระบบนำทางควอนตัมเชิงปฏิบัติ แม้ว่าการนำไปใช้อย่างแพร่หลายจะขึ้นอยู่กับความพยายามในการทำให้เล็กลงและการลดต้นทุน ในตอนนี้ เทคโนโลยีนี้ดูเหมือนจะมุ่งหน้าไปสู่การประยุกต์ใช้เฉพาะทางที่การปฏิเสธ GPS เป็นความกังวลร้ายแรง มากกว่าการใช้งานของผู้บริโภคทั่วไป
อ้างอิง: A Quantum Gravimeter for GPS Backup