سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی یا همون جی‌پی‌اس (GPS) دهه‌هاست که به عنوان اصلی‌ترین ابزار مسیریابی در صنعت هوافضا استفاده میشن. اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، این سیستم‌ها با چالش‌های جدی و جدیدی روبرو شدن. اتکا به ماهواره‌ها برای مسیریابی، صنعت هوانوردی رو در برابر خطراتی مثل «جمینگ» (ایجاد پارازیت) و «اسپوفینگ» (ارسال اطلاعات جعلی) اسیب‌پذیر کرده. این اختلالات، چه از طرف عوامل متخاصم ایجاد بشن و چه به خاطر مشکلات فنی رخ بدن، یک تهدید واقعی برای پروازهای تجاری و نظامی به حساب میان. برای همین، مهندس‌ها دارن با سرعت زیادی دنبال راهکارهای جایگزین و مقاوم‌تری میگردن و خوشبختانه فناوری‌های جدید و امیدوارکننده‌ای دارن از ازمایشگاه‌ها به اسمان‌ها راه پیدا میکنن.
در همین راستا، شرکت «ایرباس» (Airbus) با همکاری یک شرکت در سیلیکون ولی به اسم «سندباکس‌ای‌کیو» (SandboxAQ) که در زمینه هوش مصنوعی و سنجش کوانتومی تخصص داره، وارد عمل شده تا یک رویکرد کاملا جدید رو برای مسیریابی ازمایش کنه. محور اصلی این همکاری، استفاده از دستگاه‌های سنجش کوانتومی و به طور مشخص، سیستمی به اسم «مگ‌ناو» (MagNav) هست. این دستگاه جمع‌وجور، با خوندن سیگنال‌های مغناطیسی ظریفی که از پوسته زمین ساطع میشه، میتونه موقعیت دقیق هواپیما رو حتی در شرایطی که ماهواره‌ها از کار افتادن، مشخص کنه. این یعنی یک روش مسیریابی که به جای نگاه کردن به اسمان، به زمین زیر پاش نگاه میکنه.
ایده اصلی این فناوری اینه که هر نقطه از پوسته زمین، یک میدان مغناطیسی منحصر به فرد و خاص خودش رو داره، درست مثل یک اثر انگشت. سیستم مگ‌ناو این «اثر انگشت» مغناطیسی رو اندازه‌گیری میکنه و با استفاده از هوش مصنوعی که روی خود سیستم نصبه، اون رو با نقشه‌های مغناطیسی بسیار دقیقی که از قبل تهیه شده، مقایسه میکنه. نتیجه این فرایند، تعیین موقعیتیه که نه تنها با استانداردهای «اداره هوانوردی فدرال» (FAA) برای دقت در حین پرواز مطابقت داره، بلکه گاهی حتی از اون هم دقیق‌تر عمل میکنه.
ازمایش‌های واقعی در اسمان
برای اینکه ببینن این تکنولوژی در دنیای واقعی چطور کار میکنه، یک سری ازمایش‌های گسترده انجام شده. زیرمجموعه ایرباس به اسم «اکیوبد» (Acubed) که مرکز نواری این شرکت در سیلیکون ولیه، هواپیمای ازمایشی خودش رو که بهش «ازمایشگاه پرنده» میگن، برای این کار اماده کرد. این هواپیما که از مدل «بیچ‌کرفت بارون» (Beechcraft Baron) بود، سیستم مگ‌ناو رو با خودش حمل کرد و برای بیش از ۱۵۰ ساعت در اسمان سرتاسر ایالات متحده پرواز کرد.
این پروازهای طولانی صرفا برای گشت‌وگذار نبودن؛ در تمام این مدت، سیستم مگ‌ناو در حال جمع‌اوری داده، تحلیل میدان‌های مغناطیسی و تعیین موقعیت هواپیما بود. نتایج به دست اومده خیلی امیدوارکننده بودن. این سیستم تونست موقعیت هواپیما رو با دقت بالایی مشخص کنه. جک هیداری، مدیرعامل شرکت سندباکس‌ای‌کیو، در این مورد به وال استریت ژورنال گفته که اگرچه هنوز برای استفاده گسترده از این فناوری به ازمایش‌ها و گواهینامه‌های بیشتری نیازه، اما نتایج اولیه واقعا امیدوارکننده هستن و یک نقطه عطف محسوب میشن.
اون اضافه کرد: «بخش سخت ماجرا این بود که ثابت کنیم این فناوری واقعا میتونه کار کنه». به گفته هیداری، «این اولین سیستم مسیریابی مطلق جدید در ۵۰ سال گذشته است که ما ازش اطلاع داریم». این حرف نشون میده که ما با یک به‌روزرسانی ساده طرف نیستیم، بلکه با یک جهش بزرگ در فناوری مسیریابی روبرو هستیم. این سیستم قرار نیست مکمل جی‌پی‌اس باشه، بلکه میتونه در مواقع لزوم به طور کامل جای اون رو بگیره.
مشکل جی‌پی‌اس چیه و کوانتوم چطور حلش میکنه؟
برای اینکه اهمیت این فناوری جدید رو بهتر درک کنیم، باید اول نگاهی به ضعف‌های سیستم سنتی جی‌پی‌اس بندازیم. جی‌پی‌اس‌های معمولی برای کار کردن به سیگنال‌هایی متکی هستن که از ماهواره‌های در حال گردش به دور زمین فرستاده میشن. این سیستم اگرچه به طور کلی قویه، اما به شکل فزاینده‌ای در برابر اختلال اسیب‌پذیر شده.
دو نوع حمله اصلی علیه جی‌پی‌اس وجود داره:
- اسپوفینگ (Spoofing): در این روش، یک منبع روی زمین سیگنال‌های جعلی جی‌پی‌اس پخش میکنه. این سیگنال‌ها گیرنده‌های داخل هواپیما رو فریب میدن و اطلاعات مکانی اشتباهی رو به خلبان یا سیستم‌های خودکار نشون میدن.
- جمینگ (Jamming): این روش ساده‌تره و در اون با ارسال پارازیت‌های قوی، سیگنال‌های اصلی جی‌پی‌اس رو مختل میکنن تا گیرنده نتونه هیچ اطلاعاتی دریافت کنه و سیستم مسیریابی از کار بیفته.
این حمله‌ها که زمانی خیلی نادر بودن، الان به طور مرتب در نقاط حساس جهان اتفاق میفتن و هزاران پرواز رو تحت تاثیر قرار میدن. این وضعیت یک خطر جدی برای هوانوردی غیرنظامی به شمار میاد.
حالا، سنجش کوانتومی یک رویکرد کاملا متفاوت رو ارائه میده. برخلاف جی‌پی‌اس که داده‌های دیجیتالی و قابل هک رو از یک منبع خارجی دریافت میکنه، سنسورهای مغناطیسی کوانتومی «اساسا غیرقابل جمینگ و غیرقابل اسپوفینگ» هستن. دلیلش اینه که تمام اندازه‌گیری‌ها داخل خود هواپیما انجام میشه. این سیستم هیچ سیگنالی از بیرون دریافت نمیکنه که کسی بتونه اون رو مختل یا دستکاری کنه. داده‌ها به طور مستقیم از میدان‌های مغناطیسی طبیعی و غیرقابل تغییر زمین به دست میان. این یک مزیت امنیتی فوق‌العاده بزرگه.
نگاهی عمیق‌تر به عملکرد مگ‌ناو
شاید بپرسید این سیستم کوانتومی دقیقا چطور کار میکنه. فرایندش شاید پیچیده به نظر بیاد، اما اساسش بر یک پدیده فیزیکی استواره.
این سیستم با شلیک یک فوتون از یک لیزر کار میکنه. این فوتون به یک الکترون برخورد میکنه. الکترون این فوتون رو جذب میکنه و بعد از اینکه به حالت ارامش برمیگرده، دوباره اون فوتون رو از خودش ساطع میکنه. «امضای انرژی» که از این فرایند ازاد میشه، بازتابی از قدرت میدان مغناطیسی محلیه. این اطلاعات برای هر متر مربع از سطح زمین منحصر به فرده.
در مرحله بعد، هوش مصنوعی سیستم مگ‌ناو وارد عمل میشه. این هوش مصنوعی امضای انرژی به دست اومده رو تفسیر میکنه و اون رو با نقشه‌های مرجعی که در حافظه سیستم ذخیره شدن، تطبیق میده. به این ترتیب، اندازه‌گیری‌های خام کوانتومی به داده‌های مکانی قابل استفاده برای خلبان تبدیل میشن. کل این فرایند داخل یک جعبه کوچک به اندازه یک توستر اتفاق میفته که داخلش لیزر، سنسورهای حساس و یک تراشه پردازنده گرافیکی (GPU) قرار داره. این اندازه کوچک باعث میشه که نصب اون روی انواع هواپیماها کار راحتی باشه.
نتایج دقیق و چشمگیر ازمایش‌ها
در ازمایش‌های پروازی که اخیرا انجام شده، سیستم مگ‌ناو عملکرد خیلی خوبی از خودش نشون داده.
- این سیستم به طور مداوم و در ۱۰۰ درصد مواقع، دقت مکانی رو در محدوده دو مایل دریایی حفظ کرده. این سطح از دقت برای بسیاری از مراحل پرواز کافی و قابل قبوله.
- اما نکته جالب‌تر اینه که در اکثر موارد، دقت سیستم حتی از این هم فراتر رفته و به محدوده ۵۵۰ متری رسیده. این یعنی یک دقت خیلی بالا که اغلب از سیستم‌های ناوبری اینرسیایی (که بدون کمک ماهواره کار میکنن) هم بهتره.
این نتایج نشون میدن که مگ‌ناو فقط یک ایده تئوری نیست، بلکه یک سیستم کاربردیه که میتونه در شرایط واقعی، مسیریابی دقیق و قابل اعتمادی رو فراهم کنه. این موفقیت، درها رو به روی یک نسل جدید از سیستم‌های ناوبری باز میکنه که دیگه به ماهواره‌ها وابسته نیستن.
کاربردهایی فراتر از اسمان
پتانسیل سنجش کوانتومی فقط به صنعت هوانوردی محدود نمیشه. به گفته جو دپا، مدیر ارشد نواری جهانی در شرکت «ارنست اند یانگ» (Ernst & Young)، این فناوری میتونه کاربردهای گسترده دیگه‌ای هم داشته باشه.
- دفاع ملی: سنسورهای کوانتومی میتونن با تشخیص اجسام پنهان مثل زیردریایی‌ها یا تونل‌های زیرزمینی، به امنیت ملی کمک کنن. این اجسام بزرگ فلزی یا فضاهای خالی، میدان مغناطیسی زمین رو در اطراف خودشون کمی تغییر میدن و این سنسورهای فوق‌العاده حساس میتونن این تغییرات جزئی رو تشخیص بدن.
- تشخیص پزشکی: در علم پزشکی، این سنسورها میتونن با حس کردن سیگنال‌های مغناطیسی بسیار ضعیفی که از قلب یا مغز انسان ساطع میشه، به بهبود روش‌های تشخیصی کمک کنن. این کار میتونه به ساخت دستگاه‌های جدید و غیرتهاجمی برای تشخیص بیماری‌ها منجر بشه.
نکته مهمی که جو دپا بهش اشاره میکنه اینه که این فناوری دیگه یک رویای دور و دراز نیست. اون میگه: «ما در مورد چیزی صحبت نمیکنیم که ۲۰ سال دیگه قراره بیاد. این فناوری همین الان اینجاست و داره استفاده میشه». این حرف نشون میده که ما در استانه یک تحول بزرگ هستیم و تاثیرات فناوری کوانتومی رو خیلی زودتر از اون چیزی که فکر میکنیم، در زندگی روزمره و صنایع مختلف خواهیم دید.
دیدگاهتان را بنویسید