Tým čínských vědců dosáhl průlomu, který by mohl změnit vojenskou a vesmírnou navigaci: vyrobil první krystal schopný generovat ultrafialové světlo v rozsahu potřebném k realizaci thoriových jaderných hodin.
Jedná se o zařízení, které slibuje navádění ponorek a meziplanetárních sond bez závislosti na satelitních signálech, například GPS, globálního systému určování polohy založeného na konstelaci obíhajících satelitů.
Achillova pata GPS
Abychom pochopili, proč je tento krystal důležitý, je třeba si připomenout omezení dnešního systému GPS. Když mobilní telefon nebo jakýkoli jiný přijímač vypočítává svou polohu, měří čas, za který dorazí každý signál vysílaný družicemi, a pomocí triangulačních algoritmů určuje svou polohu. Tento princip, známý jako navigace podle času, znamená, že čím přesnější jsou hodiny systému, tím přesnější je vypočtená poloha.
Odborníci na obranu však varují, že signály GPS jsou náchylné k rušení a klamání falešnými signály, což je obzvláště nebezpečné v kontextu válečných operací. Kromě toho tyto signály špatně pronikají pod vodou nebo pod zemí, což značně omezuje jejich užitečnost pro některé vojenské platformy.
Specifický problém pro ponorky
Pro ponorky představuje závislost na GPS přímé operační riziko. Kdykoli potřebují aktualizovat svou polohu, musí vystoupat na úroveň periskopu a vysunout stožáry nebo antény, což je činí zjistitelnými. Pro zmírnění této zranitelnosti se moderní flotily spoléhají především na inerciální navigační systémy, které vypočítávají polohu na základě zaznamenaného pohybu ze známého výchozího bodu. Souběžně s tím již několik výzkumných středisek a námořních sil testuje atomové hodiny nové generace, extrémně přesná časoměrná zařízení, která k měření času využívají vibrace elektronů kolem atomů, s cílem snížit drift, který se hromadí v inerciálních systémech, a minimalizovat tak potřebu vnějších signálů.
Jaderné hodiny: skok v přesnosti
Vědci jsou však přesvědčeni, že na dosah je ještě slibnější technologie. Takzvané jaderné hodiny neměří vibrace elektronů, ale vibrace samotného atomového jádra, a podle výzkumníků by mohly dosáhnout přesnosti 10 až 1000krát vyšší, než mají nejlepší současné atomové hodiny. Důvodem je, že jádra jsou stabilnější než elektrony a méně citlivá na rušivé faktory, jako je teplota, mechanické vibrace nebo magnetické pole.
Pro tento úkol byl vybrán prvek thorium-229, izotop, jehož jádro vibruje na mimořádně nízké energetické úrovni, což usnadňuje jeho pozorování a měření. Překážkou je, že stimulace a měření těchto vibrací vyžaduje ultrafialové lasery s mimořádnou přesností, schopné pracovat na vlnové délce 148,3 nanometru, což se dosud ukázalo jako mimořádně obtížné.
Krystal, který mění pravidla
Právě v tom spočívá úspěch týmu z univerzity v Sin-ťiangu, píše South China Morning Post. Výzkumníci vyvinuli fluoroboranovou sloučeninu, která je schopna přeměnit běžné laserové světlo na ultrafialové světlo o velmi krátké vlnové délce 145,2 nanometru. Ačkoli tato hodnota stále nedosahuje 148,3 nm potřebných pro thorium-229, jedná se o světový rekord a materiál se tím dostává do požadovaného rozmezí.
„Tato vlnová délka je dostatečně krátká na to, aby splňovala klíčový požadavek pro ultrapřesné přenosné hodiny, které se vyvíjejí v USA, Číně a dalších zemích,“ uvádí výzkumný tým ve studii.
Autonomní navigace pro ponorky, rakety a kosmické lodě
Pokud tato technologie dozraje, odborníci z průmyslu předpokládají její transformační využití. Přenosné jaderné hodiny by umožnily vypočítat polohu pomocí ultrapřesného odhadu trajektorie, který by zohledňoval rychlost, směr a čas cesty, bez potřeby satelitních signálů.
Teoreticky by také umožnily používat jako navigační pomůcky alternativní referenční zdroje, jako jsou hvězdy, pulsary nebo rádiové signály. Pokud by se tato technologie zdokonalila, mohly by ponorky operovat neomezeně dlouho pod hladinou, aniž by se musely vznášet, aby překalibrovaly svou polohu.
Důsledky přesahují oblast ponorek. Střely vybavené touto technologií by se mohly stát imunními vůči rušení, které dnes ohrožuje jejich naváděcí systémy, zatímco kosmické lodě by získaly schopnost autonomní navigace v hlubokém vesmíru bez závislosti na korekcích vysílaných ze Země. Jak analytici zdůrazňují, jaderné hodiny nezpůsobí zastarání GPS, ale budou mít zásadní význam pro snížení závislosti na družicových systémech určování polohy.