لعقود من الزمن، اعتمدت الملاحة الحديثة بشكل كبير على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، لكن نظامًا آخر أقل وضوحًا يلعب دورًا بالغ الأهمية في مساعدة الطائرات والسفن والهواتف الذكية والمنصات العسكرية على تحديد مواقعها.
إن المجال المغناطيسي للأرض، الذي يتغير ويتطور باستمرار، يدعم النموذج المغناطيسي العالمي (WMM)، وهو مرجع عالمي يدعم أنظمة الملاحة التي يستخدمها مليارات الأشخاص كل يوم.
ويعتمد الحفاظ على دقة هذا النموذج على قياسات موثوقة للمجال المغناطيسي، ومع ذلك فإن الكثير من البنية التحتية للأقمار الصناعية المستخدمة لجمع هذه البيانات أصبحت قديمة، في حين أن المجال نفسه يتغير بمعدل متسارع.
يستمر المقال أدناه
مقاييس مغناطيسية الكم الماسية
وقد دفعت هذه الضغوط إلى البحث عن تقنيات جديدة قادرة على مراقبة المجال المغناطيسي بدقة وتردد أكبر.
واستجابة لذلك، أطلقت الوكالة الوطنية للاستخبارات الجغرافية المكانية (NGA) في الولايات المتحدة تحدي MagQuest في عام 2019، وهو عبارة عن مسابقة مدتها سبع سنوات تبلغ قيمتها ملايين الدولارات مصممة لتحديد تقنيات الاستشعار من الجيل التالي.
الهدف هو تطوير أنظمة مدمجة ودقيقة للغاية يمكنها توفير بيانات مغناطيسية مستمرة، مما يقلل الاعتماد على القياسات الدورية ويساعد على ضمان موثوقية أنظمة الملاحة العالمية على المدى الطويل.
إحدى الشركات الناشئة عن هذا الجهد هي شركة SBQuantum، وهي شركة كندية متخصصة في تكنولوجيا الاستشعار الكمي. يتمحور نهجها حول مقاييس مغناطيسية الكم الماسية، وهي أجهزة مدمجة تستخدم مبادئ فيزياء الكم لقياس المجالات المغناطيسية بحساسية استثنائية.
وصلت الشركة مؤخرًا إلى إنجاز كبير عندما تم إطلاق مستشعرها في المدار كجزء من المرحلة النهائية لبرنامج MagQuest. يمثل النشر خطوة نحو المراقبة الفضائية المستمرة للمجال المغناطيسي للأرض ويسلط الضوء على الدور المتزايد لتقنيات الكم في الملاحة والدفاع والسلامة العامة.
لفهم تطور هذه التكنولوجيا بشكل أفضل، والتحديات التي ينطوي عليها نقلها إلى الفضاء، والتطبيقات المحتملة خارج نطاق الملاحة، تحدثت مع ديفيد روي جواي، مؤسس SBQuantum.
- قبل أن نبدأ، هل يمكنك أن تعطينا لمحة موجزة عن ماهية WMM وسبب أهميتها بالنسبة لنا.
النموذج المغناطيسي العالمي (WMM) هو ما يحرك كل بوصلة إلكترونية، بما في ذلك البوصلة الموجودة في ساعتك وهاتفك المحمول. من الضروري أن تظل على اطلاع دائم بحركة القطب الشمالي المغناطيسي. لقد كان في الشمال الكندي ويتجه الآن نحو سيبيريا. وهذا له تأثير حقيقي على دقة كل بوصلة تناظرية ورقمية.
نستخدم WMM كل يوم، فقط فكر في السهم الأزرق الموجود في تطبيق الملاحة المفضل لديك والذي يخبرك بالتوجه يسارًا أو يمينًا عند خروجك من محطة مترو الأنفاق أو الفندق. تُعد معلومات الاتجاه هذه مكملة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، الذي يوفر معلومات الموقع، لكنه لا يخبرك بالاتجاه الذي تواجهه.
- لقد ذكرت أن الأقمار الصناعية التي تغذيها بالبيانات قد وصلت إلى نهاية عمرها الافتراضي. ماذا سيحدث بعد ذلك؟
عادةً ما يتم تحديث WMM كل 5 سنوات عند إصدار نسخة رسمية جديدة. ولكن مؤخرًا تم إصدار تحديث جديد بعد 4 سنوات فقط بسبب تسارع حركة المجال.
بمجرد انتهاء مهمة كوكبة الأقمار الصناعية SWARM الحالية لوكالة الفضاء الأوروبية، فإن خرائط المجال المغناطيسي الحالية ستكون ذات قيمة قليلة بعد 2-3 سنوات من ذلك. وهذا يعني أن أنظمة الملاحة على متن الطائرات والطائرات بدون طيار ستكون معطلة بشكل كبير، خاصة في أقصى الشمال، وربما تصل درجات الحرارة إلى عشرات الدرجات. أستطيع أن أفكر في مثال واحد في ألاسكا عندما اضطر مؤخرًا إلى تغيير أرقام مدرج الهبوط لأنه لم يعد يواجه نفس الاتجاه وفقًا لـ WMM.
وبالمقارنة، ستسمح منصتنا “Diamond Polaris – 1” بالإنتاج المستمر للبيانات المغناطيسية لـ WMM. يعد هذا النهج أكثر فعالية من حيث التكلفة، ويجمع ويجمع بشكل أسرع، ويوفر بيانات مناسبة تمامًا لتحديد المواقع بدقة.
- كيف يمكن تحويل البيانات من مشروع WMM إلى شيء يمكن أن يكون بديلاً لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الموجود في كل مكان؟
تتم معالجة البيانات التي تم جمعها على مدار عام من المدار من قبل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) الأمريكية ووكالة NGA الأمريكية، لإرشاد الإصدارات المستقبلية من WMM. على الرغم من أن البيانات خشنة إلا أنها تنطبق على تطبيقات البوصلة. ويمكن إنتاج إصدارات ذات دقة أعلى من خلال نشر أقمار صناعية وطائرات بدون طيار متعددة لجمع البيانات على ارتفاعات مختلفة.
ستكون هذه الخرائط عالية الدقة بمثابة مرجع معايرة لأنظمة الملاحة (أنظمة INS) ويمكن أن توفر بيانات تحديد المواقع بدون نظام تحديد المواقع بدقة تصل إلى 100 متر.
جاء إطلاقنا الفضائي في ربيع عام 2026 بعد سنوات من الاختبار وإعادة الاختبار مع وكالة ناسا ومنظمات أخرى. تم اعتبار مستشعر SBQuantum مناسبًا للاستخدام في الفضاء. يعد هذا النشر الفضائي الأول هو الخطوة التالية على طريق إتاحة الملاحة المغناطيسية على نطاق واسع كبديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي لا يمكن التشويش عليه أو تشويهه.
- قامت شركتك ببناء شيء يسمى مقياس المغناطيسية الكمي الماسي. لماذا الماس ولماذا الكم؟
كونه في حالة صلبة، فإن الماس مستقر بشكل استثنائي ويوفر البيئة المناسبة للحفاظ على التماسك الكمي لفترة طويلة، حتى في درجة حرارة الغرفة. وهذا يتيح قياسات المجال المغناطيسي شديدة الحساسية والدقيقة للغاية لمهام الأقمار الصناعية الممتدة على نطاق عالمي.
علاوة على ذلك، فإن التركيب الذري للماس مناسب تمامًا لتوفير قياس المجالات المغناطيسية على طول ثلاثة محاور. ولأغراض الملاحة من الضروري جمع كل ذلك لتوفير معلومات الاتجاه.
- لقد ذكرت حجم الجهاز (حوالي ربع لتر من الحليب – حوالي 1 لتر بالمتر أو مكعب بحجم 10 سم). هل تحتوي خريطة الطريق الخاصة بك على منتجات أصغر حجمًا؟ ما الذي قد يختلف عنه شيء “أفضل” من حيث الميزات؟
ما زلنا في المراحل الأولى من تكنولوجيا الماس هذه. وتتمثل إحدى مزاياها في إمكانية تقليص حجمها في النهاية إلى حجم علبة الثقاب تقريبًا، دون المساس بأدائها.
ليس هذا هو الحال بالنسبة لتقنيات قياس المغناطيسية الاتجاهية الكلاسيكية. ونتوقع أن نصل إلى هذه النقطة في غضون 3 سنوات تقريبًا، بمجرد توسيع نطاق الإنتاج ليشمل الرقائق القياسية الصناعية، والتي تُستخدم بالطبع على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات.
- كيف تسمح البيانات التي يلتقطها المستشعر الكمي بـ “خوارزميات التفسير المتقدمة” التي لا تستطيع أجهزة الاستشعار التقليدية دعمها؟ ما هي التطبيقات الأخرى التي يمكن أن تمتلكها هذه المستشعرات؟
من خلال بناء مجموعة من أجهزة قياس المغناطيسية الماسية الاتجاهية، يمكننا تمكين تفسير الإشارات المغناطيسية في الوقت الحقيقي بطريقة لم تكن ممكنة لولا ذلك. على سبيل المثال، يمكننا تحديد موقع الأجسام المعدنية تحت الماء في الوقت الفعلي.
وينطبق هذا أيضًا على الأجسام المعدنية الموجودة على الجانب الآخر من الجدار أو تحت الأرض. ولذلك فإننا نتطلع أيضًا إلى توظيف التكنولوجيا لدعم تطبيقات الأمن والدفاع.
على سبيل المثال، يمكن استخدام هذا لتتبع الغواصات من طائرة بدون طيار، أو تعزيز الأمن في الأحداث الرياضية، أو حتى الأمن في المدارس وفعاليات الشركات.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدر مفضل للحصول على أخبار الخبراء والمراجعات والآراء في خلاصاتك. تأكد من النقر على زر المتابعة!
وبالطبع يمكنك أيضًا اتبع TechRadar على TikTok للحصول على الأخبار والمراجعات وفتح الصناديق في شكل فيديو، والحصول على تحديثات منتظمة منا على واتساب أيضاً.
التعليقات