Агентство NASA разрабатывает уникальный квантовый сенсор для измерения гравитации в космосе

Агентство NASA предоставило компании Infleqtion дополнительное финансирование в размере 20 миллионов долларов США для реализации миссии Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder. В рамках этой инициативы планируется разработать первый в мире квантовый датчик гравитации, предназначенный для эксплуатации в космических условиях. Благодаря новому контракту общий объем инвестиций NASA в данный проект достиг 40 миллионов долларов США. Руководство программой осуществляет Лаборатория реактивного движения NASA.

В настоящее время проект переходит к ключевой фазе разработки аппаратного обеспечения. Перед проведением демонстрационной миссии на орбите, инженерам необходимо создать и провести испытания основных компонентов прибора. Infleqtion планирует вывести устройство на низкую околоземную орбиту в 2030 году.

Предстоящий измерительный прибор будет применять ультрахолодные атомы рубидия для фиксации незначительных вариаций в гравитационном поле нашей планеты. Полученные данные позволят получить более детальное представление об изменениях, затрагивающих земную поверхность и находящиеся под ней слои.

Читать также:  Какие животные первыми полетят на Марс?

В будущем квантовые гравитационные датчики могут быть использованы для мониторинга перемещения грунтовых вод, таяния ледников и изменений в объемах природных ресурсов, расположенных под земной поверхностью. Хотя существующие спутниковые миссии, такие как GRACE и GRACE-FO, уже выполняют измерения изменений гравитационного поля Земли, квантовые технологии предлагают принципиально новый метод для таких наблюдений.

Компания Infleqtion займется разработкой атомно-физического модуля, который станет центральным элементом нового измерительного устройства. В его состав войдут вакуумная камера, лазерное оборудование и электронные системы управления, необходимые для подготовки и контроля атомов.

Для проведения точных измерений атомы рубидия будут охлаждены практически до температуры в один пикокельвин. При таких крайне низких температурах становится возможным очень точное управление состоянием атомов, что позволит использовать их для высокочувствительных измерений гравитационного поля.

Читать также:  На поверхности Луны планируют построить первый космопорт, оснащенный системой контроля траекторий космических кораблей

На последующем этапе планируется разработка первого прототипа измерительной головки и создание инженерной версии электронной системы. Проведение испытаний назначено на установку Einstein Elevator в Ганновере, которая обеспечивает кратковременное формирование условий микрогравитации посредством специализированной системы свободного падения.

Целью этих испытаний является оценка стабильности работы квантового датчика в условиях, имитирующих космическую среду. Разработка основана на предыдущих экспериментах, проведенных на Международной космической станции, где специалисты из JPL и Infleqtion сотрудничали с лабораторией Cold Atom Lab для изучения поведения ультрахолодных атомов в условиях микрогравитации.

Продолжительность текущего этапа программы запланирована до 2027 года. В течение последующих трех лет NASA и его партнеры намерены завершить создание необходимого оборудования, после чего проект перейдет к подготовке к орбитальной демонстрации.

Читать также:  Американские ученые разрабатывают систему космического слежения за объектами в районе Луны

Pathfinder не предназначен для функционирования в качестве полноценного спутника, осуществляющего регулярные научные наблюдения. Его основная цель – подтвердить возможность преобразования высокочувствительной лабораторной квантовой системы в оборудование, способное выдержать запуск и стабильно работать на орбите.

В случае успешного завершения проверок, данная миссия позволит уменьшить технические риски при разработке более усовершенствованных спутниковых квантовых гравитационных устройств. В перспективе такие системы способны повысить точность наблюдений за Землей и содействовать мониторингу водных ресурсов, процессов таяния льда и других изменений, обусловленных перераспределением массы на планете.