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量子罗盘问世,未来导航不靠GPS?:亚博

2020-10-15 14:32:02

亚博_在古代,中国的风水先生们首先发明者了罗盘。罗盘后来起源于了西方,恩格斯在《机器、自然力和科学的应用于》一书中写到:“罗盘(指南针)关上了世界市场并创建了殖民地。”古代中国人的这项发明者被西方人应用于大航海时代,对地理大找到以及资本主义蓬勃发展起着了推展起到。几百年过去了……2018年11月,英国帝国理工学院研究人员和MSquared公司联手,研制出全球首款用作导航系统的量子加速度计,这款导航系统设备被称作“量子罗盘”。

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它是不倚赖全球定位卫星(GPS)的防阻碍导航系统装置。这个由西方人发明者的“量子罗盘”看上去在未来的导航系统产业中具备极大的价值。这年头,只要与“量子”挂勾的技术都变得十分矮小上,比如不久前还有人明确提出了“量子针灸”等概念。

但是,并不是所有的“量子技术”都是确实的科学。这款“量子罗盘”究竟是不是知道高科技呢?它的基本原理是什么?未来的导航系统还必须用GPS吗?三种有所不同的导航系统原理导航系统设备一般可以分成三类:惯性导航、卫星导航系统与天文导航系统。惯性导航较为传统,一开始经常出现在第二次世界大战期间,那时候德国的导弹能从德国升空后很准确地飞回英国伦敦海面。

这主要就是因为导弹里加装有惯性导航的设备——那时候还没卫星导航系统这个技术。惯性导航的设备主要由加速度传感器与陀螺仪构成。加速度传感器可以排定飞行器(导弹等)在空中相对于自身固连惯性参考系的加速度。

而陀螺仪则可以排定飞行器自身固连惯性参考系与地面参考系之间的转换矩阵。这种应用于导弹的惯性导航后来被中用飞机与潜艇等设备中。但惯性导航很少中用汽车里,在全球定位系统竣工之前,家用汽车是没导航系统的,那时候的人进汽车去陌生地方很更容易走错路。

卫星导航系统主要依赖天上的人造地球卫星给地面上的运动物体导航系统。最知名的卫星导航系统有美国的全球定位系统与中国的北斗系统等。在天上的四颗卫星可以排定地面上运动物体的(X,Y,Z,T)四个时空坐标,这就能构建定位导航。

但卫星导航系统有一个缺点——这必须电磁波的传送,在深海里的潜艇无法拒绝接受到空间的电磁波,因此拒绝接受卫星导航系统信号。天文导航系统则是一个既古老又现代的概念。中国古人就用北斗七星中的北极星来导航系统,这就是一种古老的天文导航系统思想。

在科幻小说《三体》中,作者这写道了利用恒星之间的距离关系来导航系统的思想。在现实中,最近中国的航天五院有一些科学家明确提出了利用宇宙空间的脉冲星来展开导航系统的思想——不过脉冲星导航系统或许在地球上的飞行器飞出有太阳系之后才有实际用处。天文导航系统是未来星际旅行时代的导航系统发展方向。

量子罗盘归属于惯性导航那么,量子罗盘归属于上面所说的三种导航系统原理中的哪一种呢?英国帝国理工学院研究人员和MSquared公司研制的这款“量子罗盘”能确认地球上任何地方的准确方位,它不倚赖外部卫星导航系统信息,所以不属于卫星导航系统;这个设备也不必须北极星或者脉冲星的参予,因此也与天文导航系统牵涉到。量子罗盘是一款惯性导航产品。那么,这款量子罗盘是怎么工作的呢?其量子性又反映在什么地方?据报导,这款量子罗盘能测量极低温度(相似绝对零度,也就是零下273度)下超强冻原子的运动。制取超强冻原子的基本技术之一是用激光致冷原子,这是华人物理学家朱棣文等人发明者的方法,朱棣文还因此获得诺贝尔物理学奖,随后兼任美国能源部部长。

因此,要构建原子的超冷状态,必须用一种自定义的激光器来操控和掌控原子。这种激光器正是由总部坐落于格拉斯哥的MSquared公司花上了近三年时间才研制出来。有了超冷原子,如何才能构建导航系统呢?按照惯性导航的原理,我们必须告诉系统的加速度,然后才可以对加速度做间分数获得速度,再对速度欲时间分数获得方位信息,因此测得加速度信息是关键。据中国科学技术大学副研究员张文卓向我们讲解,冻原子的物质波干预可以测得这个加速度的信息,从而构建惯性导航。

而且这个量子罗盘的导航系统精度十分低,比目前依赖经典电路的加速度传感器的精度要低几个数量级。量子罗盘不会代替卫星导航系统吗?最近几十年来,卫星导航系统早已沦为最重要的社会基础设施之一。

对于私家车主来说,离开了导航系统,很多人都不告诉怎么驾车了。中国的北斗系统与美国的GPS全球定位系统,都包含了极大的产业链,但这些导航系统依赖卫星信号。

这也给未来的发展留给了隐患,特别是在是在战争期间,一旦卫星系统被毁坏,那么全球各地的导航系统信号都将消失。因此,很显著,首先从军事上来说,量子罗盘具备现实意义。因为量子罗盘不必须卫星信号,它依赖自身的冷原子干预就可以构建自律导航系统,这在军事上的价值极大。

比如在深海中,核潜艇必须在很深的海底航行,海水与空气有所不同,电磁波无法在深海里传播,所以在海底,依赖卫星导航系统是不有可能的,量子罗盘可以在核潜艇中用于。因此,从军事意义上来说,我们国家除了要发展北斗系统等导航系统设备,也必须注目量子罗盘等新一代惯性导航技术的发展,这对国家安全性至关重要。

除了军事意义,量子罗盘作为一种新兴事物,继续还会影响现在的民用导航系统产业格局。因为目前的量子罗盘还正处于实验研发阶段,从公开发表资料来看,量子罗盘的体积相当大(体积多达了1立方米),而且必须中用真空设备与激光设备,耗资便宜(最少价值上千万人民币),这在民用上普及还不有可能。

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要想要在民用市场上普及,必需做小型化以及低成本化,这在短期内是无法做的。所以,量子罗盘问世,在短期内会代替GPS等卫星导航系统设备的市场地位。中国导航系统产业界不应推崇量子罗盘这个“白科技”目前,我们国家的导航系统产业主要是北斗卫星导航系统,2017年我国卫星导航系统与位置服务产业总体产值已超过2550亿元。

2018年,北斗系统转入全球组网密集升空期,目前已顺利升空17颗北斗三号组网卫星,年底前还将升空两颗组网卫星,服务“一带一路”沿线国家和地区。这解释中国的北斗系统早已有了相当大的成就。《2018中国卫星导航系统与位置服务产业发展白皮书》预计,到2020年北斗应用于在交通运输、和智慧城市建设等细分市场的规模未来将会多达2万亿元。

虽然北斗卫星导航系统是我们国家导航系统产业的主旋律之一,但我们还必须一些新的导航系统方法,特别是在是无法退出惯性导航这种传统的导航系统方法。目前仍然有不少企业在惯性导航上做到技术研制成功,比如星网宇达就是一家致力于惯性技术研发及产业化的高科技公司,可为用户获取从单一器件到设施产品以后整个系统的解决方案。而在惯性导航方面,量子罗盘是一个有一点追踪的研究方向,因为其定位精度极高,而且冻原子的干涉技术可以中用引力地图的测量、矿产资源的观测等多个领域,这些领域虽然不是必要与导航系统产业涉及,但都有极大的产业价值。

推崇量子罗盘的发展,在必要的时候把它引进到中国的导航系统产业中来,是所有有前瞻性眼光的企业都应当希望去做到的事情。或许在未来,人类转入了太空时代,那时候认同无法再行用卫星导航系统,量子罗盘这种惯性导航将沦为未来时代的主要导航系统手段。未来社会是一个量子的社会,顺势而为终将有所作为。

量子罗盘,有一点我们从现在开始就去注目它!:亚博。

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