Військово-космічні сили США запустили X-37B для тестування квантової навігації
Огляд програми X-37B
X-37B — це безпілотний, багаторазовий космічний апарат, що експлуатується Космічними силами США. З довжиною 8,9 метра, розмахом крил 4,6 метра та стартовою масою приблизно 5 000 кг, він є приблизно в чотири рази меншим за орбітальні шатли NASA. З моменту старту програми у 2010 році два апарати, виготовлені компанією Boeing, виконали кілька місій, накопичивши понад 3 000 днів у космосі.
Цілі місії та вантажі
- Виведення нового сервісного модуля для збільшення ємності експериментів на 50% у порівнянні з попередніми місіями.
- Тестування лазерних комунікацій між супутниками з високою пропускною здатністю, що перевищує 1 Гбіт/с.
- Демонстрація найефективнішого квантового інерціального сенсора, що коли-небудь використовувався в космосі, для застосувань з позиціонування, навігації та синхронізації (PNT).
- Розміщення вантажів Лабораторії досліджень Повітряних сил (AFRL) та Одиниці оборонних інновацій (DIU) в модульних стелажах.
Прогрес у квантовій інерціальній навігації
Місія має на меті валідацію вдосконаленого інерційного вимірювального пристрою (IMU), заснованого на атомній інтерферометрії, розробленого компанією Boeing у співпраці з Лабораторією Лінкольна MIT. Вимірюючи зсуви фази між холодними атомними хмарами з піднанорадіанною кутовою роздільною здатністю та чутливістю до прискорення нижче 10^-8 g, сенсор прагне забезпечити швидкість дрейфу менше 1 км за 24 години без зовнішніх оновлень.
Технічний огляд: Квантові інерціальні сенсори
Квантові IMU використовують лазерно-охолоджені атоми рубідію, що утримуються в вакуумній камері, які опитуються лазерними імпульсами, що рухаються в протилежних напрямках. Коли космічний апарат зазнає обертання або лінійного прискорення, зміщуються інтерференційні смуги, що дозволяє точно обчислювати положення та орієнтацію. Наземні випробування показали 50-кратне покращення стабільності зміщення в порівнянні з оптоволоконними гіроскопами.
Експерименти з лазерною комунікацією
Генерал Ченс Сальтцман, начальник космічних операцій: ‘Демонстрація лазерних комунікацій OTV-8 є важливим етапом у створенні надійних, швидкісних з’єднань, здатних працювати в умовах конкуренції та погіршення стану супутників.’
Оптичний фазований масив має на меті встановлення оптичних зв’язків вільного простору між OTV-8 та геостаціонарними релейними супутниками, тестуючи управління променем та адаптивну оптику для компенсації атмосферних спотворень та коливань космічного апарата.
Сервісний модуль та вантажопідйомність
Новий сервісний модуль додає 1 200 літрів пресуризованого об’єму та 500 кг вантажопідйомності. Живлення забезпечують сонячні батареї, що генерують 10 кВт, підтримуючи активний термоконтроль для чутливих квантових та оптичних систем, а також включає автономну систему управління орієнтацією з трекером зірок та інерціальними сенсорами.
Стратегічний та оперативний контекст
- Заперечення GPS та глушіння: Квантове PNT забезпечує безперервність навігації в умовах, де GPS недоступний, що є критично важливим для військових та союзницьких активів.
- Місячні та глибококосмічні застосування: Квантова навігація може забезпечити автономне керування для місячних апаратів та пілотованих місій за межами орбіти Землі, де GNSS недоступний.
- Комерційні та міжнародні тенденції: Програма QCI (Квантова комунікаційна інфраструктура) ЄС та китайська програма квантового супутника Міціус підкреслюють зростаючі глобальні інвестиції в квантові космічні технології.
Наслідки для майбутніх космічних операцій
Успішні демонстрації на OTV-8 відкриють шлях до оперативного впровадження квантових інерціальних сенсорів на супутниках та глибококосмічних зонда, зменшуючи залежність від наземного трекінгу та підвищуючи автономність.
Думки експертів
Головний інженер Boeing доктор Алісія Рейнольдс зазначає: ‘Інтеграція квантових сенсорів у динамічному космічному середовищі вимагала удосконалень у вакуумній упаковці, магнітному захисті та стабілізації лазера для підтримки часу когерентності понад 1 секунду.’
Директор з питань закупівель Космічних сил генерал-майор Роберт МакМахон додає: ‘Ця місія відповідає концепції космічних бойових дій 2.0, підкреслюючи важливість розподілених архітектур та надійних можливостей PNT.’