Научници спроводе прво тестирање радио-навигационог система космичких зрака – Арс Тецхница

ГПС је сада ослонац у свакодневном животу, помажући нам у позиционирању, навигацији, праћењу, мапирању и мерењу времена у широком спектру апликација. Али има неке недостатке, пре свега немогућност проласка кроз зграде, камење или воду. Због тога су јапански истраживачи развили алтернативни радио-навигациони систем који се ослања на космичке зраке, или мионе, а не на радио таласе, према Нови лист Објављено у часопису иСциенце. Тим је спровео свој први успешан тест, а тимови за потрагу и спасавање могли би једног дана да користе систем да, на пример, воде роботе под водом или помогну аутономним возилима да се крећу испод земље.

„Муони космичког зрака падају равномерно преко Земље и увек путују истом брзином, без обзира кроз који материјал пролазе, продиру чак и километре кроз стене“, рекао је коаутор Хиројуки Танака до Муограпхик на Универзитету у Токију, Јапан. „Сада, користећи мионе, развили смо нови тип ГПС-а, који смо назвали муПС, који ради под земљом, у затвореном простору и под водом.“

Као што је раније поменуто, постоји дуга историја коришћења миона у Слика археолошких објекатаПроцес је олакшан јер космички зраци обезбеђују сталан доток ових честица. Користи се и мион Цхасе илегално пресељена Нуклеарни материјал на граничним прелазима и праћење активних вулкана, у нади да ће се открити када би могли еруптирати. 2008. године радили су научници са Универзитета Тексас у ОстинуДревни детектори миона поново су коришћени за тражење могућих скривених рушевина Маја у Белизеу. Физичари у Националној лабораторији Лос Аламос развили су преносиве верзије система за снимање миона како би открили тајне изградње куполе (Ил Дуомо) на врху Катедрала Свете Марије Венере У Фиренци, у Италији, дизајнирао га је Филипо Брунелески почетком 15. века.

2016. године научници су користили снимање миона Покупите сигнале Указује на пролаз скривен иза познатих блокова шеврона на северној страни Велика пирамида у Гизи у Египту. Следеће године, исти тим је открио мистериозну празнину у другом делу пирамиде, верујући да би то могла бити скривена комора, која је касније обојена помоћу две различите мионско снимање Методе. И само прошлог месеца, научници су користили мионске снимке да открију комору која је раније била скривена у рушевинама древне некрополе Неаполис, око 10 метара (око 33 стопе) испод данашњег Напуља, у Италији.

Роботи и аутономна возила могли би једног дана бити уобичајени у домовима, болницама, фабрикама и рударским операцијама, као и у мисијама потраге и спасавања, али још не постоји универзално средство за навигацију и позиционирање, каже Танака. ет ал. Као што је напоменуто, ГПС не може да продре под земљу или под воду. РФИД технологије могу постићи добру тачност са малим батеријама, али за то је потребан контролни центар са серверима, штампачима, мониторима итд. Мртви налог пати од хроничних грешака у процени без спољашњег знака за исправку. Акустичке методе, ласерско скенирање и лидар такође имају недостатке. Тако су се Танака и колеге окренули мионима када су развијали свој алтернативни систем.

Методе снимања миона обично укључују коморе напуњене гасом. Док миони пролазе кроз гас, сударају се са молекулима гаса и емитују бљесак светлости (бљесак), који детектор бележи, омогућавајући научницима да израчунају енергију и путању честице. Слично је рендгенским зрацима или радару који продиру у земљу, осим што се миони више енергије јављају природно уместо рендгенских зрака или радио таласа. Ова висока енергија омогућава сликање густе, густе материје. Што је објекат на слици гушћи, то је више миона блокирано. Муограпхик систем се ослања на четири надземне референтне станице за детекцију миона које делују као координате за пријемнике за детекцију миона, који су распоређени или под земљом или под водом.

Тим је дириговао прво суђење из низа подводних сензора заснованих на мионима 2021. године, који ће се користити за откривање услова плиме и осеке који се брзо мењају у Токијском заливу. Они су поставили десет детектора миона унутар сервисног тунела Токијског залива Акуа Лине, који се налази на око 45 метара (147 стопа) испод нивоа мора. Били су у стању да сниме море изнад тунела са просторном резолуцијом од 10 метара (око 33 стопе) и временском резолуцијом од 1 метар (3,3 стопе), довољно да покажу способност система да осети снажне олујне таласе или цунамије.

Низ је тестиран у септембру исте године, када је тајфун који је долазио са југа погодио Јапан, што је резултирало налетом океана и цунамијем. Вишак запремине воде незнатно повећана дисперзија миона, а ова разлика се добро слаже са другим мерењима инфлације океана. И прошле године, Танакин тим је известио да су управо то урадили Успешно снимљено Вертикални профил торнада на радиографији, који показује пресеке торнада и открива разлике у интензитету. Открили су да топло језгро има малу густину, за разлику од хладног спољашњег дела под високим притиском. У комбинацији са постојећим сателитским системима за праћење, радиографско снимање може побољшати прогнозе урагана.

Претходне итерације тима су причврстиле пријемник за земаљску станицу жицом, што је у великој мери ограничило кретање. Ова нова верзија — Муометриц Вирелесс Навигатион Систем, или МуВНС — као што име каже, потпуно је бежична и користи високо прецизне кварцне сатове за синхронизацију земаљских станица са пријемником. Комбиноване, референтне станице и синхрони сатови омогућавају одређивање координата пријемника.

За пробну вожњу, земаљске станице су постављене на шестом спрату зграде, а „навигатор“ који је носио пријемник ходао је по подрумским ходницима. Добијена мерења су коришћена за израчунавање курса навигатора и потврђивање пређене руте. Према Танака, МуВНС је радио са тачношћу између 2 и 25 метара (6,5 до 82 стопе), са дометом до 100 метара (око 328 стопа). „Ово је једнако добро, ако не и боље од ГПС позиционирања у једној тачки изнад земље у урбаним срединама“, рекао је он. „Али то је још далеко од практичног. Људима је потребна тачност од једног метра, а кључ за то је временска синхронизација.“

Једно решење је да се уграде комерцијално доступни атомски сатови величине чипа, који су двоструко тачнији од кварцних сатова. Али ови атомски сатови су тренутно веома скупи, иако Танака очекује да ће трошкови пасти у будућности јер је технологија све више интегрисана у мобилне телефоне. Остатак електронике који се користи у МуВНС-у ће од сада бити минимизиран како би постао преносиви уређај.

ДОИ: иСциенце, 2023. 10.1016/ј.исци.2023.107000 (о ДОИ).