Một trong những thí nghiệm này là giải pháp thay thế tiềm năng cho GPS bằng cách sử dụng khoa học lượng tử như một công cụ định hướng: cảm biến quán tính lượng tử.
Các hệ thống dựa trên vệ tinh như GPS hiện diện khắp nơi trong cuộc sống hàng ngày, từ bản đồ điện thoại thông minh đến hàng không và hậu cần. Tuy nhiên, GPS không phải lúc nào cũng có sẵn. Công nghệ này có thể cách mạng hóa cách thức tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và tàu ngầm định vị trong những môi trường không có hoặc bị ảnh hưởng bởi GPS.
Trong không gian, đặc biệt là ngoài quỹ đạo Trái Đất, tín hiệu GPS trở nên không đáng tin cậy hoặc đơn giản là biến mất. Điều tương tự cũng xảy ra dưới nước, nơi tàu ngầm hoàn toàn không thể truy cập GPS. Và ngay cả trên Trái Đất, tín hiệu GPS có thể bị nhiễu (bị chặn), bị giả mạo (khiến bộ thu GPS nghĩ rằng nó đang ở một vị trí khác) hoặc bị vô hiệu hóa — ví dụ, trong một cuộc xung đột.
Điều này khiến việc định vị không có GPS trở thành một thách thức lớn. Trong những tình huống như vậy, việc có các hệ thống định vị hoạt động độc lập với bất kỳ tín hiệu bên ngoài nào trở nên cần thiết.
Thay thế định vị GPS
Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) truyền thống, sử dụng gia tốc kế và con quay hồi chuyển để đo gia tốc và vòng quay của xe, thực sự cung cấp khả năng dẫn đường độc lập, vì chúng có thể ước tính vị trí bằng cách theo dõi chuyển động của xe theo thời gian. Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi trong xe với đôi mắt nhắm nghiền: bạn vẫn có thể cảm nhận được những cú rẽ, dừng và gia tốc, mà não bộ sẽ tích hợp để đoán vị trí của bạn theo thời gian.
Tuy nhiên, cuối cùng, nếu không có tín hiệu thị giác, những sai số nhỏ sẽ tích tụ và bạn sẽ hoàn toàn mất phương hướng. Điều tương tự cũng xảy ra với các hệ thống định vị quán tính cổ điển: khi các sai số đo lường nhỏ tích tụ, chúng sẽ dần dần lệch hướng và cần được hiệu chỉnh từ GPS hoặc các tín hiệu bên ngoài khác.
Sứ mệnh X-37B sắp tới sẽ là lần đầu tiên công nghệ định vị quán tính lượng tử được thử nghiệm trong không gian. Các sứ mệnh trước đây, chẳng hạn như Phòng thí nghiệm Nguyên tử Lạnh của NASA và MAIUS-1 của Cơ quan Vũ trụ Đức , đã đưa các máy đo giao thoa nguyên tử lên quỹ đạo hoặc các chuyến bay dưới quỹ đạo và đã chứng minh thành công các tính chất vật lý đằng sau phép đo giao thoa nguyên tử trong không gian, mặc dù không dành riêng cho mục đích định vị.
Ngược lại, thí nghiệm X-37B được thiết kế như một thiết bị dẫn đường quán tính nhỏ gọn, hiệu suất cao, bền bỉ cho các sứ mệnh thực tế dài ngày. Nó đưa giao thoa kế nguyên tử ra khỏi phạm vi khoa học thuần túy và trở thành ứng dụng thực tế trong hàng không vũ trụ. Đây là một bước tiến lớn.
Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với cả các chuyến bay vũ trụ quân sự và dân sự. Đối với Lực lượng Không gian Hoa Kỳ, đây là một bước tiến hướng tới khả năng phục hồi hoạt động tốt hơn, đặc biệt là trong các tình huống GPS có thể bị từ chối. Đối với các hoạt động thám hiểm không gian trong tương lai, chẳng hạn như lên Mặt Trăng, Sao Hỏa hay thậm chí là không gian sâu thẳm, nơi tự động hóa là chìa khóa, một hệ thống định vị lượng tử không chỉ có thể đóng vai trò dự phòng đáng tin cậy mà còn là hệ thống chính khi không có tín hiệu từ Trái Đất.
Các quốc gia bao gồm Mỹ, Trung Quốc và Anh đang đầu tư mạnh vào cảm biến quán tính lượng tử, với các thử nghiệm trên không và tàu ngầm gần đây cho thấy nhiều triển vọng. Năm 2024, Boeing và AOSense đã thực hiện thử nghiệm dẫn đường quán tính lượng tử trên không đầu tiên trên thế giới bằng máy bay có người lái.
Điều này chứng minh khả năng điều hướng liên tục không cần GPS trong khoảng bốn giờ. Cùng năm đó, Vương quốc Anh đã thực hiện thử nghiệm bay định vị lượng tử đầu tiên được công nhận công khai trên một máy bay thương mại.
