US Navy will Quantennavigation mit “gekühltem Atomstrahl” verbessern

Eine neue Methode soll die Quanten-Trägheitsnavigation genauer machen. Dabei handelt es sich um eine verbesserte Variante der Trägheitsnavigation (INS).

INS wird eingesetzt, wenn Satellitennavigation, wie GPS, nicht verfügbar ist. Das ist etwa bei U-Booten und in der Raumfahrt der Fall, wird aber auch bei Schiffen und Marschflugkörpern eingesetzt, wenn das GPS-Signal durch Jammer blockiert wird.

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Mithilfe von Sensoren wird die gesamte Bewegung, wie Geschwindigkeit und Drehungen, erfasst.  Anhand dessen berechnet das System, wo es sich befindet. Aber je länger es im Einsatz ist, desto ungenauer wird es. Durch diesen "Drift" wird die Positionsbestimmung immer unpräzisier. 

Das „Continuous 3D-Cooled Atom Beam Interferometer” von Forscher*innen des US Naval Research Laboratory (NRL) soll diesen Drift jetzt reduzieren. Ihr patentiertes System nutzt kalte Atomstrahlen für die Messung. 

Hohe Genauigkeit

So ein Atom-Interferometer wird etwa in der Weltraumforschung genutzt, um kleinste Veränderungen zu messen. In einem YouTube-Video erklärt die NASA, wie das bei der Suche nach Gravitationswellen geholfen hat:

Ein Atom wird mit Laserstrahlen fast auf den absoluten Nullpunkt gekühlt. Dadurch kann jede noch so kleine Bewegung des Atoms exakt erkannt werden. Auf Basis dessen soll auch das neue System arbeiten.

Die genaue Funktionsweise verrät das Team aber nicht. Sie konnten damit hohe Kontraste und ein geringes Rauschen bei den Messungen und eine bessere Anpassung an verschiedenen Umgebungen erreichen, erklären sie in einem Statement.

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Verbesserungen nötig, um Einsatzdauer zu verlängern

Die Methode hat aber auch Nachteile. Ein so empfindliches System ist weniger dynamisch. „Wir untersuchen mehrere Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, einschließlich der Implementierung weiterer Sensoren oder alternativer Techniken mit kalten Atomen“, erklärt der Forscher Jonathan Kwolek. Was die US Navy damit sagen will: Noch ist diese Methode nicht für die Navigation von sich schnell bewegenden Objekten geeignet, wie etwa Kriegsschiffe und Marschflugkörper.

Aktuelle Trägheitsnavigationssysteme haben eine Fehlerquote von einer nautischen Meile über einen Zeitraum von 360 Stunden. Das neue System soll diese Zeit verlängern. Damit wäre die Dauer von Einsätzen, insbesondere in U-Booten, nicht mehr eingeschränkt. Das Team hofft, langfristig eine echte Alternative zu GPS zu präsentieren, und sich damit vor allem in Kriegssituationen unabhängiger zu machen.