Японские ученые смогли создать альтернативу GPS, в которой используются космические лучи. Новая система поможет с навигацией под землей и водой
А в чем тренд?
Системы геопозиционирования (GPS, ГЛОНАСС) стали неотъемлемой частью жизни, они помогают людям в навигации, составлении карт и определении времени. Однако сигналы с геоспутников не могут проходить сквозь здания, камни или воду. Поэтому в области навигации существует тренд на усовершенствование технологии. Например, японские исследователи создали альтернативу, которая использует космические лучи. Научная команда уже провела первое успешное испытание. В будущем эта разработка может быть использована поисково-спасательными командами, например, для управления роботами под водой или под землей.
Что такое мюоны и чем они полезны
Мюоны — это неустойчивые элементарные частицы, которые попадают на Землю в виде космических лучей. Их использовали и раньше — для получения изображений археологических структур, поиска незаконно перевозимых ядерных материалов или наблюдения за действующими вулканами.
В 2016 году ученые с помощью мюонной визуализации обнаружили сигналы, указывающие на скрытый коридор в пирамиде Хеопса в Египте. А в мае 2023 года благодаря этому инструменту исследователи нашли скрытую древнюю погребальную камеру, расположенную на глубине около 10 м под Неаполем в Италии.
Как работает мюонная визуализация
Мюонные методы визуализации обычно предполагают использование камер, заполненных газом. Когда частицы проносятся через него, то испускают заметную вспышку света. Детектор, который регистрирует эти вспышки, позволяет рассчитать траекторию полета частиц. Это похоже на работу рентгена или радара — чем плотнее объект, тем больше мюонов блокируется.
Мюоны для определения цунами и циклонов
В 2021 году японские исследователи провели первое испытание подводных датчиков на основе мюонов. Они использовались для определения приливных условий в Токийском заливе. Ученые разместили десять мюонных детекторов в служебном тоннеле автодороги Tokyo Bay Aqua-Line, который находится примерно на 45 м ниже уровня моря. Исследователи смогли получить изображения в достаточном разрешении и теперь уверены, что система может обнаруживать приближение штормовых волн или цунами. В 2022 году с помощью мюонов им удалось улучшить прогнозирование тропических циклонов.
Новая навигационная система
Во всех прежних испытаниях научная команда соединяла приемник с наземной станцией проводом, что значительно ограничивало передвижение. Новая версия полностью беспроводная, а для синхронизации в ней используют высокоточные кварцевые часы.
Для проведения испытаний станцию разместили на шестом этаже здания, а ученый с приемником в руках ходил по коридорам подвала. Из полученных результатов исследователи рассчитали маршрут, точность которого составила от 2 до 25 м, а дальность действия достигала 100 м. Один из авторов научной работы, Хироюки Танака из Токийского университета, заявил: «Этот способ так же хорош, как позиционирование GPS, если не лучше. Но он все еще далек от практического применения. Людям нужна точность до 1 м, и ключ к этому — синхронизация времени». Одним из решений могут стать атомные часы вместо кварцевых, которые научная команда и планирует испытать.