Hvordan videnskaben finder måder at navigere på i GPS-afviste miljøer

Der er ingen tvivl om, at GPS- og kortapplikationer på vores mobiltelefoner har dramatisk påvirket samfundet, inklusive militæret. Alligevel har selv deres brug grænser for rækkevidde og muligheder. Nu går videnskaben ud over det for at komme til fjerntliggende steder, hvor GPS ikke har nogen rækkevidde. I slutningen af ​​september udvalgte og medfinansierede Office of Naval Research (ONR) Global sammen med U.S. Army Development Command det vindende forslag til dens anden årlige Global-X Challenge, som opfordrede til internationale projekter for at løse kapacitetsmangler på høje breddegrader (Polar). regioner).

Vinderprojektet er et team sammensat af forskere fra Japan, Storbritannien, USA og Finland, ledet af Dr. Chris Steer fra Geoptic Infrastructure Investigations Limited (U.K.), og vil søge at vise om ni måneder et proof of concept af et alternativt navigationssystem i Arktis ved hjælp af myoner med præcision svarende til GPS. De vil bruge en naturlig kilde til stråling kaldet kosmiske stråle-muoner som et alternativ til de satellit-afledte GPS-signaler. Det unikke aspekt ved dette arbejde er, at disse subatomære partikler passerer gennem sten, bygninger og jord – områder, hvor GPS-kommunikation ikke kan modtages.

Den ledende ONR Global videnskabsdirektør for dette projekt, Dr. Charles Eddy, sagde:"Evnen til at navigere i polarområder vil være af stigende betydning i de kommende årtier, efterhånden som klimaændringer åbner op for de arktiske vandveje for kommercielle og militære aktiviteter. Dette projekt , som bruger kosmisk relativistiske partikler, der kontinuerligt rammer hele Jordens overflade, tilbyder en innovativ tilgang til udfordringen med navigation på høje breddegrader med ringe eller ingen GPS-tjeneste."

På samme linje kommenterede Dr. Steer:"Ligesom ekkolokalisering kan tidsforskellen mellem 'ping' - signalerne fra en krydsende myon i vores detektorer - give brugeren mulighed for at måle afstanden fra en detektor til en anden med flere detektorer, der tillader placering ved triangulering. Teknikken er allerede blevet testet i laboratoriet før, hvor processen med at konvertere partiklernes krydsningstider for at udlede positionen af ​​en detektor blev demonstreret med succes."

Udfordringer, muligheder og fremtidig anvendelighed

Efter først at have testet systemet i en stor vandnedsænkningstank i Storbritannien, vil projektet flytte til Finland for at installeres i en arktisk sø, der er dækket af en meter is. På disse høje breddegrader er konventionelle GPS-målinger problematiske på grund af deres orbitale begrænsninger.

Fra et videnskabeligt perspektiv er en væsentlig udfordring udviklingen af ​​en række nøje specificerede sensorer såsom et stærkt synkroniseret sæt af distribuerede ure (til bedre end 10 milliardtedele af et sekund), for at minimere den udledte positionsusikkerhed og deres integration med myon-detektorerne. For at gøre tingene endnu mere udfordrende, sagde Steer, "skal vi også implementere vores system i arktiske vejrforhold (typisk -20 grader Celsius), i et isoleret miljø og delvist under vandet. Det kolde miljø har konsekvenser på tværs af mange aspekter af projektet fra personale til at sikre, at elektronikken er robust over for kulde."

Der er masser af videnskabelige muligheder, og de strækker sig langt ud over undervandsmiljøet, da det er så almindeligt et problem at operere i miljøer, hvor GPS nægtes. "Havet er stort set gennemsigtigt for kosmiske strålemyoner, så vi forventer, at der vil være en række videnskabelige muligheder for undersøisk navigation. Ligeledes er det meget gennemtrængende og i stand til at passere gennem mange ti til hundreder af meter klippe. muligt at se, at denne teknologi også har stærke muligheder i tunneler og andre underjordiske omgivelser," fortsatte Steer.

Fremtiden er ekstremt lys for denne forskningslinje, da positionssøgning er fundamental inden for mange områder af videnskab, ingeniørvidenskab og industri. Selvom det generelt er et meget positivt aspekt, "kan den brede anvendelighed også være et distraherende problem, da der ofte kræves en fokusapplikation for at gøre fremskridt," sagde Steer. "Den næste fase efter dette projekt ville følgelig være at forstå slutbrugernes positioneringsbehov, nedvælge til den passer bedst til vores positioneringsmålesystem og modne teknologien til deres behov."

Den potentielle rækkevidde er bred, og projektets teknologi er transformativ til positionering inde i tunneler og på land eller under vandet på høje breddegrader.

Om Global-X

Formålet med Global-X Challenge er at opdage, forstyrre og i sidste ende give en katalysator gennem grundlæggende og anvendt forskning til senere udvikling og levering af revolutionære kapaciteter til US Navy and Marine Corps, den kommercielle markedsplads og offentligheden.

ONR Global sponsorerer videnskabelig indsats uden for USA og arbejder sammen med videnskabsmænd og partnere verden over for at opdage og fremme flådekapaciteter.