Муометрическая навигация
Муометрическая навигация — это позиционирование, навигация и синхронизация с использованием космических лучей мюонов и других космических частиц. [1]
можно определять местоположение С помощью спутников GNSS по известным координатам и времени. GNSS часто используется критически важными правительственными организациями для навигации кораблей и самолетов, но сигналы можно легко заглушить и подделать. [2] В 2020 году Хироюки К.М. Танака разработал совершенно новый подход к GNSS, который определяет положение приемника с помощью мюонов космических лучей. [3] [4] [5]
Муометрические методы включают в себя мюометрическую систему позиционирования (muPS), [6] мюометрическая беспроводная навигационная система (MuWNS) [7] или беспроводная навигационная система muPS (muWNS), [1] космический синхронизатор времени (CTS) [8] и космический калибратор времени (КТС). [9]
Позиционирование и навигация
[ редактировать ]Методы мюометрического позиционирования и навигации основаны на времени пролета мюонов релятивистских космических лучей между эталонными детекторами и детектором-приемником, обычно расположенным в помещении, под землей или под водой. [10] Вместо приема сигнала ГНСС они обнаруживают мюоны космических лучей. Три или более эталонных детектора устанавливаются с известными позициями и привязками ко времени. [11] Как и в случае с GNSS, часы между опорными приемниками и приемником должны быть хорошо синхронизированы. [1] В отличие от GNSS, эта технология позволяет осуществлять навигацию в арктических районах. [12] где доступ к спутникам GNSS ограничен из-за орбитальных ограничений этих спутников. [2]
Первоначальный прототип требовал проводки между приемником и каждым эталонным детектором для точной синхронизации времени. Однако такая конфигурация ограничивала диапазон применимости системы. [4] Попытки найти способ навигации без проводов, ставшие результатом успеха этой первоначальной системы, заменили провода часами. Ожидается, что MuWNS будет применяться спасательными командами, например, для управления роботами под водой и под землей. [13] путем размещения внутри туннелей, [14] при обрушении здания или шахты. [15]
Точность мюометрического позиционирования в помещении составляет 3,9 см по состоянию на 2023 год. [16]
Тайминг
[ редактировать ]Для точного измерения времени обычно требуются системы GNSS и атомные часы , но они дороги и недоступны в помещениях, под землей или под водой. [17] Кроме того, GNSS уязвима для кибератак и сбоев. [18] Для решения этой проблемы был предложен метод с использованием космических частиц для точного отслеживания времени. [17] Космические лучи сталкиваются в атмосфере, образуя ливни частиц . [19] Мюоны в этих потоках движутся со скоростью, близкой к скорости света , и распространяются по атмосфере. Они достигают Земли почти одновременно, поэтому, поделившись информацией, предоставляемой этими мюонами, можно синхронизировать часы. [20] Недавняя демонстрация показала точность синхронизации в десятки наносекунд на расстоянии 60 м. [21]
Случайные временные метки, генерируемые в этой схеме синхронизации космического времени, могут, в свою очередь, использоваться для генерации случайных чисел для безопасной передачи данных. [22] Отправитель и получатель используют одни и те же мюоны для создания действительно случайных криптографических ключей на основе временной метки. На основе точной временной задержки между отправителем и получателем, рассчитанной на основе расстояния между детекторами в пределах 10 метров друг от друга, [23] получатель знает закрытый ключ без необходимости напрямую обмениваться им между отправителем и получателем. [22] Приложения потенциально варьируются от безопасного облачного хранилища, коммуникаций до генерации виртуальной валюты. [23]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Автор (20 июня 2023 г.). «Навигация по космическим лучам» . Хакадей . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Сабалла, Джо (25 ноября 2021 г.). «ВМС США разрабатывают независимую от спутников навигационную систему» . Пост обороны . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «Что такое мюометрическая система позиционирования (muPS) для подводных и подземных применений?» . www.linkedin.com . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Система позиционирования использует космические мюоны для навигации под землей» . Мир физики . 11 июля 2023 г. Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «Мюометрическая система позиционирования (μPS) с космическими мюонами как новая методика подводного и подземного позиционирования» . Научные отчеты . 03.11.2020 . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «Финны участвуют в разработке новой системы подводного позиционирования | Университет Оулу» . www.sttinfo.fi (на финском языке) . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Светлик Юрий. «Все о новой навигационной системе MuWNS: Работает под землей и под водой» .
- ^ Макрей, Майк (14 мая 2022 г.). «Этот космический метод измерения времени предлагает синхронизировать все часы на Земле» . НаукаАлерт . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Танака, Хироюки К.М. (2023). «Калибратор космического времени для беспроводной сенсорной сети» . Научные отчеты . 13 (1): 5951. Бибкод : 2023NatSR..13.5951T . дои : 10.1038/s41598-023-32262-8 . ПМЦ 10097806 . ПМИД 37045902 .
- ^ Брахамбхатт, Рупендра (20 июня 2023 г.). «Технология, подобная GPS, основанная на частицах космических лучей, может перемещаться под землей и под водой» . ЗМЭ Наука . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «Как можно использовать мюоны космических лучей вместо GNSS для получения трехмерной информации о местоположении на Земле и под водой?» . Обмен стеками по исследованию космоса . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Хэмблинг, Дэвид. «ВМС США разрабатывают GPS, которая использует космические лучи для навигации в Арктике» . Новый учёный . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Уэллетт, Дженнифер (17 июня 2023 г.). «Ученые проводят первые испытания беспроводной системы навигации по космическим лучам» . Арс Техника . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Райш, Фелипе (23 ноября 2021 г.). «Как наука находит способы навигации в условиях отсутствия GPS» .
- ^ «Навигация под землей с помощью мюонов космических лучей» (Пресс-релиз). Международная совместная исследовательская организация мюографии. 16 июня 2023 г. . Проверено 03 октября 2023 г. - через The National Tribune.
- ^ Варга, Дезсо; Танака, Хироюки (2024). «Разработка точной мюометрической беспроводной навигационной системы сантиметрового уровня (MuWNS-V) и ее первая демонстрация с использованием информации о направлении от детекторов слежения». Научные отчеты . 14 : 7605. arXiv : 2308.10108v1 . Бибкод : 2024НатСР..14.7605В . дои : 10.1038/s41598-024-57857-7 .
- ^ Перейти обратно: а б «Технология космического хронометража работает под землей или под водой» . Новый Атлас . 10 мая 2022 г. Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Джонстон, Скотт Алан (15 мая 2022 г.). «Космические лучи могут помочь синхронизировать мировые часы» . Вселенная сегодня . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Алаева, Лилия (16 мая 2022 г.). «Ученые изобрели новый способ хранения часов» . Вселенная. Космос. Тех . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «В ногу с космосом» . Национальная трибуна . 09.05.2022 . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ «КТС» . fraternise.inrim.it . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Мюоны космических лучей использованы для создания системы криптографии» . Мир физики . 16 января 2023 г. . Проверено 03 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «КОСМОКАТЫ: Будущее шифрования и хранения ключей» . Исследовательская площадь . 15 августа 2023 г. Проверено 03 октября 2023 г.