Der Quantennavigator: Neuer Sensor könnte GPS bei Schiffen überflüssig machen
Nicht immer ist Satellitennavigation verlässlich. Quanteneffekte sollen nun dabei helfen, neuartige Positionierungstechnologien zu entwickeln.
(Bild: Wojciech Wrzesien/Shutterstock.com)
Satellitennavigationssysteme wie GPS, Galileo oder GLONASS sind unerlässlich für die Logistik und das Verkehrswesen. Das Problem: Sie funktionieren nur, wenn ausreichend Signalstärke vorhanden ist, das Gebiet von den Satelliten überhaupt abgedeckt wird und es nicht zu technischen Ausfällen kommt. Zudem gibt es stets das Drohpotenzial von Störsignalen durch Militärs oder Hacker – zumindest bei den zivil verwendeten Navigationssystemen, die sich erstaunlich leicht aus dem Tritt bringen lassen.
Offline so genau wie GPS?
Ein rein lokales Navigationssystem etwa in einem Schiff, das mindestens so präzise ist wie GPS und Co., wäre daher äußerst hilfreich – nicht nur in Sachen Ausfallsicherheit. Eine Forschergruppe am französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) arbeiten hier nun an einer interessanten neuen Lösung, die sich physikalische Quanteneffekte zunutze macht.
Das Team um den Forschungsdirektor und Physiker Philippe Bouyer, der selbst Spezialist für hochgenaue Trägheitssensoren ist, schuf dazu ein System, das sie einen 3D-Quantenbeschleunigungssensor nennen. Das System nutzt Quanteneffekte, um die in mittlerweile zahlreichen Geräten – vom Auto über das Handy bis zur Computeruhr – verbauten Accelerometer akkurat genug für Navigationszwecke zu machen, wie der "New Scientist" schreibt.
Laser im dreidimensionalen Raum
Noch ist die dafür notwendige Technik ein Prototyp. Sie steckt in einer kleinen Metallkiste, die drei Lasersysteme und ein Behältnis mit Rubidiumatomen enthält, das knapp über dem absoluten Nullpunkt kalt gehalten wird. Bei diesen Temperaturen verhalten sich die Atome eher wie Wellen, deren Bewegungen sich durch Beschuss mit den drei Lasern in drei Dimensionen messen lassen. Die auftretenden Wellenmuster erlauben eine ultragenaue Berechnung der Beschleunigung im 3D-Raum.
Die Genauigkeit und Dreidimensionalität ist insbesondere dann notwendig, wenn der Beschleunigungssensor in Schiffen oder Flugzeugen unterwegs ist, die natürliche Vibrationen aufweisen und das Signal stören können. All das ließe sich herausrechnen und ein ultragenaues "Offline"-Navigationssystem erzeugen. Das Ergebnis ist eine Hybrid Quantum Accelerometer Triad, die mit 1 kHz eine 50fache Stabilität gegenüber klassischen Beschleunigungssensoren verspricht, bei erheblich höherer Präzision. So könnten auch ungenauere Trägheitsnavigationssysteme eines Tages ersetzt werden.
(bsc)