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无需卫星,这个鳄梨大小的真空室也能提供GPS级导航

桑迪亚国家实验室正在开发一个由钛和蓝宝石制成、鳄梨般大小的真空室,它将有朝一日可以在不需要卫星的情况下通过使用量子机械传感器带来GPS级别的导航。在短短的几十年里,GPS已经从一项军事技术变成了许多日常应用,现在,现代社会都依赖于它。然而,在高极纬度地区或深山峡谷等地方,GPS并不总是可用,它可以会被干扰或欺骗。

GPS和类似系统的脆弱性在于它们对环绕地球的卫星群的依赖性。这些卫星发出与原子钟同步的有时间标记的信号。通过利用这些信号,像手表一样小的GPS接收器可以利用卫星信号经过头顶时的多普勒效应对接收器的位置和速度进行极其精确的定位。如果这些信号发生中断或遭受损坏,那么系统就会失效。

而另一种方法是一种最初在第二次世界大战期间为军用火箭开发的技术,它通常在潜水艇在水下时用于寻找方向。这种方法被称为惯性导航,这是一个完全独立的系统,使用陀螺仪和加速计来计算导航设备跟固定的已知位置的关系。

据了解,它是通过测量设备沿所有三个轴的每一次旋转和移动来做到这一点。如果这些测量足够精确,其结果可以跟GPS相媲美。

问题是,像GPS一样,惯性制导系统必须非常精确并具有相同的原子钟级别的计时功能。这在现有的系统中是可能的,这些系统使用机械陀螺仪或用激光穿过铷原子气体云来测量量子效应,但这些都要依赖于沉重而昂贵的真空系统,这些系统要清除可能破坏测量的任何空气分子。

针对这种情况,桑迪亚团队的方法是采用定制的、坚固的量子传感器并将其设置在一个体积只有一立方厘米的室中。这个室是由钛制成,带有蓝宝石窗口–这些材料甚至能很好地防止像氦气这样的气体渗入,而不像不锈钢和Pyrex玻璃。

该室可以长时间保持相对坚硬的真空,不过该团队没有使用复杂和沉重的泵来产生这种真空,而是倒向了一种叫做吸气剂的旧电子技术。

在桑迪亚试验室的情况下,吸气剂器约有铅笔橡皮的大小并被设置在两个伸出试验室的狭窄管道中。目前还不能确定该室能保持多久的真空,据悉,该团队的目标是保持一个密封和运作五年的时间。在等待的过程中,研究人员将把注意力转向使该设备不那么累赘、更容易制造上。

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