インサイダーブリーフ
- 中国の科学者は、伝統的な検出器に見られる盲点を克服し、高感度で潜水艦を検出できるドローンに取り付けられた量子センサーシステムをテストしました。
- オフショアトライアルでは、高精度と安定性が実証され、水中の資源マッピングと軍事監視に潜在的な用途がありました。
- 研究者は、システムが運用可能と見なされる前に、より厳しい状態でさらなるテストの必要性を指摘した。
中国の研究者は、4月16日に発表された調査によると、潜水艦と水中の特徴をより速くより正確に検出できるドローンに取り付けられた量子センサーを開発およびテストしました。 科学機器の中国ジャーナル。
Quantum Engineering Research CenterのWang Xuefengが率いる 中国航空宇宙科学技術協会 （CASC）、チームは、従来の磁気異常検出器の大きな欠陥を克服するシステムを設計しました。 サウスチャイナモーニングポスト。南シナ海のような低照度地域では、地球の磁場は表面にほぼ平行に走り、従来のセンサーが有効性を失う盲目のゾーンを引き起こします。
新しいシステムは、SCMPによると、ルビジウム原子の量子干渉効果を活用するコヒーレント集団トラップ（CPT）原子磁力計を使用します。磁場は、原子のエネルギーレベルのシフトを引き起こし、7つの異なるマイクロ波共鳴シグナルを生成します。これらの共鳴を測定することにより、デバイスはセンサーの物理的な向きに依存することなく、磁場の強度と方向を推測できます。
研究者は、20メートルのケーブルを使用して電磁干渉を減らすために、CPT磁力計をロータードローンに接続しました。補正の見出しやGPS関連の地上ステーションのためのフラックスゲート磁力計を含む追加の機器は、生データを処理してノイズを除去し、地球の磁場の毎日の変動を説明しました。
オフショアトライアル
SCMPによると、システムはシャンドン省のワイハイ近くのオフショアトライアルで、400メートルx 300メートルのグリッドを調査しました。生の測定では、2.517ナノテスラ（NT）の磁気異常検出精度が示され、修正後に0.849 ntに改善されました。同じ領域の2つの独立した調査では、99.8％の相関関係があり、根平均平方根誤差はわずか1.149 ntでした。
研究者は、結果をシステムの実世界の安定性の証拠として説明しました。簡単に言えば、システムは地球の磁場の非常に小さな変化を検出できます。これは、典型的な冷蔵庫の磁石の強度よりも約10億倍小さいです。ノイズやその他の小さなエラーを修正した後、測定は複数のテスト実行にわたって非常に一貫性があり、センサーがオブジェクトによって残されたかすかな磁気手がかりを確実に見つけることができることを示唆しています。
潜水艦を見つける場合、これらの水中車両は金属で作られており、強力なエンジンを運びます。量子センサーは、目には見えないが、小さな磁気「波紋」として検出可能であるこれらの小さな乱れを探し、それらをマッピングします。周囲の環境と一致しない異常な磁気パターンを見つけることにより、システムは、表面の深さであっても、隠された潜水艦の存在を明らかにすることができます。
同様の磁気検出システムについて知られていることに基づいて、ドローンは、容器のサイズ、その深さ、局所磁気ノイズに応じて、数百メートル以内に潜水艦を確実に検出するために潜水艦を約1キロメートルから通過する必要があります。
NATOシステムのパフォーマンスに一致します
CPTベースの設計は、NATO Alliesが使用する洗練されたMAD-XRシステムの感度と一致しますが、大幅に低いコストと複雑さで動作します。複数のプローブを使用して盲点を避けるMAD-XRとは異なり、中国のセンサーは単一のユニットで完全な方向性カバレッジを実現します。これにより、低緯度での争いや資源が豊富な水域での幅広い展開において、より実行可能になります。
研究者たちはまた、センサーの精度は、油田のマッピング、難破船の位置、海底の下での構造活動の研究など、民間人のアプリケーションをサポートできると述べました。
制限
有望なテスト結果にもかかわらず、研究チームは、システムがまだ操作的に準備ができていないことを認めました。オフショア試験は、比較的安定した制御された条件の下で行われ、実際の軍事作戦に典型的なより厳しい騒々しい環境からはほど遠いものでした。
対照的に、MAD-XRシステムは、米国、日本、および同盟軍によって長年の運用上の使用を通じて検証されており、戦闘テストされた信頼性に大きな利点をもたらしています。
海流、ドローンの動きの不安定性、船舶または沿岸活動からの電磁機関などの要因に直面しながら精度を維持する中国システムの能力は、利用可能な試験データに基づいて証明されていません。
さらに、センサーはピコテスラの感受性を達成しましたが、スピンエクサージングリラクゼーションフリー（SERF）磁気計などの他の技術は、独自のエンジニアリングの課題にもかかわらず、フェムトテスラレベルでさらに大きな感度を約束します。
将来の研究の方向性
将来の開発にはいくつかの重要な領域がある可能性があります。
第一に、戦闘環境でのシステムの信頼性を検証するためには、粗海、モバイルターゲット、高いバックグラウンドノイズなど、運用上現実的な条件下での追加のテストが必要です。
CPTセンサーシステムのさらなる小型化と頑丈な化は、より広い範囲の航空および海上プラットフォームに簡単に展開できるようにするために必要な場合があります。ドローンに取り付けられたシステムをソナーや衛星追跡などの広範な監視ネットワークと統合すると、検出機能と運用上の柔軟性が向上する可能性があります。
チームは、新たな原子磁力計またはより高度なノイズキャンセルアルゴリズムを組み込むことにより、潜在的により高い感度が可能な強化されたCPTセンサーを開発する可能性を提案しました。
ジャーナルはオンラインでは簡単ではなかったため、デバイスの仕様はサウスチャイナモーニングポストの記事から取得されました。
