Công ty Australia Q-CTRL đã đạt được bước đột phá trong lĩnh vực định vị độc lập với GPS bằng cách thử nghiệm thành công máy đo trọng lực lượng tử trên tàu Hải quân Hoàng gia Australia trong 354 giờ mà không cần truy cập vệ tinh. Đây là lần đầu tiên có cuộc thử nghiệm thực tế về cảm biến trọng lực lượng tử cho định vị trên phương tiện di chuyển, mở ra các cuộc thảo luận về tương lai của công nghệ định vị trong môi trường chiến tranh điện tử ngày càng gay gắt.
Máy đo trọng lực lượng tử hoạt động bằng cách đo những biến thiên nhỏ trong trường trọng lực của Trái Đất tại các vị trí khác nhau, sau đó so sánh các số đo này với bản đồ trọng lực có sẵn để xác định vị trí. Khác với GPS dựa vào tín hiệu vệ tinh có thể bị nhiễu hoặc giả mạo, các phép đo trọng lực cung cấp một tham chiếu tự nhiên không thể bị thao túng dễ dàng.
Dữ liệu hiệu suất thử nghiệm:
- Thời gian: 354 giờ điều hướng không cần GPS
- Nền tảng: Tàu Hải quân Hoàng gia Úc MV Sycamore
- Thời kỳ thử nghiệm: Cuối năm 2023
- Thiết bị: Nguyên mẫu máy đo trọng lực lượng tử kích thước tủ rack
- Trạng thái hoạt động: Lần đầu tiên thực hiện thực tế trên phương tiện di chuyển
 |
|---|
| Một cánh cửa mở trên tàu hải quân để lộ các thiết bị chuyên dụng, làm nổi bật việc thử nghiệm các công nghệ định vị độc lập với GPS |
Các thách thức kỹ thuật và hạn chế nổi lên
Các cuộc thảo luận trong cộng đồng tiết lộ những trở ngại kỹ thuật đáng kể mà máy đo trọng lực lượng tử phải vượt qua. Công nghệ này đòi hỏi thiết bị cực kỳ nhạy cảm để phát hiện những biến thiên trọng lực nhỏ, và nguyên mẫu hiện tại được mô tả là thiết bị có kích thước bằng một tủ rack cần được hiệu chuẩn cẩn thận. Hệ thống hoạt động tương tự như định vị theo địa hình được sử dụng trong các ứng dụng quân sự, nhưng thay vì khớp độ cao địa hình, nó khớp các dấu hiệu trọng lực.
Điều kiện thời tiết đặt ra những câu hỏi thú vị về độ tin cậy của công nghệ. Trong khi mưa lớn hoặc bão có thể ảnh hưởng đến các phép đo cực kỳ chính xác, các chuyên gia cho rằng những biến thiên trọng lực tự nhiên trên bề mặt Trái Đất đủ lớn để thời tiết thông thường không ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác định vị. Tuy nhiên, độ nhạy của hệ thống mở ra khả năng cho các ứng dụng khác, chẳng hạn như xác định các khối lượng lớn gần đó.
Thông số kỹ thuật:
- Loại cảm biến: Giao thoa kế nguyên tử lượng tử
- Đo lường: Biến thiên trường hấp dẫn
- Tham chiếu: Bản đồ trọng lực vệ tinh được biên dịch trước
- Hình dạng: Thiết bị gắn trên giá đỡ
- Hoạt động: Tự động, không cần tín hiệu bên ngoài
- Ứng dụng: Hoạt động hàng hải, tàu ngầm, Bắc Cực
Các hệ thống định vị thay thế được xem xét kỹ lưỡng
Cuộc thử nghiệm máy đo trọng lực lượng tử đã khơi mào các cuộc trò chuyện rộng hơn về các phương án thay thế GPS. Sứ mệnh X-37B sắp tới sẽ thử nghiệm các cảm biến quán tính lượng tử tương tự trong không gian, kết hợp cảm biến từ trường và trọng trường để định vị. Trong khi đó, các phương án thay thế trên mặt đất như Broadcast Positioning System ( BPS ) đang được phát triển, mặc dù chúng phải đối mặt với những hạn chế riêng về phạm vi phủ sóng và khả năng chống nhiễu.
Định vị thiên văn truyền thống vẫn là phương pháp dự phòng đã được chứng minh mà nhiều lực lượng hải quân vẫn dạy và duy trì. Các hệ thống theo dõi sao hiện đại có thể cung cấp độ chính xác ngang bằng GPS khi bầu trời quang đãng, mặc dù mây che phủ vẫn là thách thức dai dẳng đối với các phương pháp định vị quang học.
So sánh Công nghệ Định vị:
| Hệ thống | Nguồn Tín hiệu | Khả năng Chống Nhiễu | Phạm vi Phủ sóng | Độ Chính xác |
|---|---|---|---|---|
| GPS | Sóng RF vệ tinh | Thấp | Toàn cầu | Cao |
| Máy đo Trọng lực Lượng tử | Trọng lực Trái đất | Rất cao | Cần bản đồ | Trung bình |
| BPS | Sóng RF mặt đất | Trung bình | Khu vực | Cao |
| Định vị Thiên văn | Vị trí sao | Rất cao | Toàn cầu | Trung bình |
Ý nghĩa chiến lược cho ứng dụng quân sự và hàng hải
Ưu thế chính của công nghệ này nằm ở khả năng miễn nhiễm với các chiến thuật chiến tranh điện tử. Như một chuyên gia đã lưu ý trong các cuộc thảo luận, bất cứ thứ gì dựa vào tín hiệu tần số vô tuyến bên ngoài đều dễ bị từ chối hoặc giả mạo trong môi trường tranh chấp. Cuộc xung đột đang diễn ra ở Ukraine đã làm nổi bật những lỗ hổng này, khiến các hệ thống định vị tự động ngày càng có giá trị đối với các ứng dụng quân sự.
Bạn không thể giả mạo trọng lực mà không di chuyển cả một ngọn núi.
Tuy nhiên, máy đo trọng lực lượng tử phải đối mặt với những hạn chế thực tế ngăn cản việc thay thế hoàn toàn GPS cho hầu hết các ứng dụng dân sự. Hệ thống đòi hỏi bản đồ trọng lực chi tiết và sức mạnh xử lý tinh vi, khiến nó phù hợp nhất cho các ứng dụng chuyên biệt như định vị tàu ngầm hoặc hoạt động ở các vùng Bắc Cực nơi cơ sở hạ tầng GPS có thể không đáng tin cậy.
Cuộc thử nghiệm thành công 354 giờ đại diện cho một bước tiến đáng kể hướng tới các hệ thống định vị lượng tử thực tế, mặc dù việc áp dụng rộng rãi có thể sẽ phụ thuộc vào nỗ lực thu nhỏ và giảm chi phí. Hiện tại, công nghệ này có vẻ được định sẵn cho các ứng dụng thích hợp nơi việc từ chối GPS là mối quan tâm nghiêm trọng, thay vì sử dụng cho người tiêu dùng nói chung.
Tham khảo: A Quantum Gravimeter for GPS Backup