Když vojenský dron ztratí signál z polohovacích satelitů, počítá se každá mikrosekunda. Dosud vyžadovalo udržování přesného času na palubě bezpilotního letadla rozměrné vybavení nebo naprostou závislost na externích hodinách, jako jsou hodiny zabudované v satelitech GPS. Nyní už tomu tak ale není.
Tým výzkumníků z Wuhanské univerzity pod vedením Jiehua Chena však právě přišel s řešením, které se vejde na špičku prstu: atomové hodiny o velikosti pouhých 2,3 centimetru krychlového, které ztrácejí pouze jednu sekundu za 30 000 let.
Proč je pro dron čas vším?
Je třeba si uvědomit, že systém GPS nepočítá vzdálenosti přímo, ale odvozuje je na základě měření času, který potřebuje signál na cestu mezi družicí a přijímačem. Zpoždění pouhé jedné miliardtiny sekundy může znamenat chybu v řádu desítek centimetrů. Pokud se nahromadí několik nepřesných signálů, chyba vzroste na metry. Pro dron uprostřed mise to může znamenat vychýlení z kurzu, ztrátu stability nebo přehlédnutí cíle.
Navigace však není jediným problémem. Roje dronů – skupiny letounů operujících v koordinaci – vyžadují mikrosekundovou přesnost. Aby bylo možné udržet formaci, komunikovat mezi sebou nebo se vyhnout rušení signálů, musí všechna zařízení sdílet společný a mimořádně spolehlivý referenční čas. Až dosud tento požadavek omezoval operace na prostředí, kde bylo zaručeno satelitní pokrytí.
Kvantová fyzika na čipu
Běžné atomové hodiny nepracují s ozubenými kolečky nebo vibrujícími krystaly jako křemenné hodiny. Místo toho sledují energetické přechody atomů, tj. skoky elektronů mezi energetickými hladinami, které se vyskytují s tak mimořádnou pravidelností, že slouží jako univerzální standard pro definování sekundy. Problém byl v tom, že taková přesnost měla vysokou cenu z hlediska velikosti, spotřeby energie a křehkosti: tradiční modely mohou zabírat stovky centimetrů krychlových a spotřebovávat několik wattů energie.
Zařízení wuhanského týmu, popsané v časopise Review of Scientific Instruments, tato omezení překonává použitím techniky zvané koherentní zachycení populace. Výzkumníci se tak obejdou bez obvyklých objemných mikrovlnných komponent a nahradí je kompaktním optickým systémem založeným na laserech a malých buňkách obsahujících atomy. Výsledkem jsou atomové hodiny integrované přímo na čipu, který je dostatečně malý, aby se vešel na nehet.
Dokonalé hodinky v kapse dronu
Odborníci na vojenské technologie poukazují na to, že tato miniaturizace mění pravidla hry. Bezpilotní letoun by poprvé mohl mít vlastní ultrapřesný referenční čas bez potřeby externího zařízení. To by mu umožnilo pokračovat v navigaci, i když ztratí signál GPS, provádět složité manévry s nebývalou přesností a být neustále synchronizován s ostatními drony v roji.
Zdá se, že Čína, která nedávno rovněž představila nejpřesnější atomové hodiny, jaké kdy byly sestrojeny, je odhodlána ovládnout závod v měření času ve všech měřítkách. A aplikace se neomezují pouze na bojiště: zařízení schopné bezchybné synchronizace v pohybu by bylo přínosem i pro autonomní navigaci vozidel, podvodní průzkum a distribuované sítě senzorů. Jednoduše řečeno, je to jako přejít od spoléhání se na hodinky na nádraží k nošení dokonalých hodinek v kapse.