类地行星|一种基于量子力学传感器的新设备，无需卫星即可提供GPS级导航太空

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据悉，美国桑迪亚国家实验室正在开发一种鳄梨大小的真空室，由钛和蓝宝石制成，有朝一日可以使用量子力学传感器提供 GPS 级导航，而不再需要卫星。
上图：试验装置中设置的鳄梨大小的真空室
在短短几十年里， GPS（全球定位系统）已经从军事技术发展到了日常应用，现代社会的很多日常生活都依赖于它。但是，在高纬度地区或深山山谷等地方， GPS 并不总是可用，并且可能会受到干扰或欺骗。
GPS和类似系统的脆弱性在于，它们对环绕地球的卫星星座的依赖。这些卫星发出与原子钟同步的时间戳信号。使用这些信号，像手表一样小的 GPS 接收器就可以在卫星信号从头顶通过时，利用多普勒效应对接收器的位置和速度进行极其精确的定位。如果这些信号被中断或损坏，系统就会失败。
另一种替代技术最初是在第二次世界大战期间为军用火箭开发的，通常用于潜艇在水下寻找方向。称为惯性制导，它是一个完全独立的系统，它使用陀螺仪和加速度计来计算导航设备相对于固定已知位置的位置。
它通过测量设备在所有三个轴上的每一次旋转和运动来做到这一点。如果这些测量足够精确，其结果可以与GPS相媲美。
问题是，就像GPS一样，惯性制导系统必须非常精确，并且具有相同的原子钟级别的计时。这在现有的系统中是可能的，这些系统使用机械陀螺仪或通过激光照射铷气体云来测量量子效应，但这些系统必须依赖于沉重和昂贵的真空系统，清除任何可能干扰测量的空气分子。
上图：这种新的独立系统可以提供gps级别的导航校准。
现在，桑迪亚实验室的研究团队采用了定制的、坚固的量子传感器，并将它们放在一个体积只有1立方厘米（0.06立方英寸）的腔室里。这个腔室由钛制成，带有蓝宝石窗口，这样的组合与不锈钢和高耐火玻璃不同，这种材料非常擅长防止氦气等气体泄漏。
这个真空室可以在很长一段时间内保持相对硬的真空状态，但该团队并没有使用复杂而沉重的泵来产生这种真空，而是使用了一种名为“吸气剂”的旧电子技术。如果您曾经看过旧的无线电阀，您可能会在管子的顶部看到银色或烟灰状的污迹。这是由吸气剂引起的，吸气剂是围绕灯丝形成的化学塞。制造阀门时，内部的真空不够硬，因此通过塞子通电。这引发了一场化学反应，吸收了任何漂浮的空气分子。
以桑迪亚实验室为例，吸气剂大约有铅笔橡皮擦大小，安装在两个从实验室伸出来的窄管中。目前还不确定真空式能保持多久，所以研究小组的目标是将一个真空室密封并运行5年。在等待的过程中，研究人员将把注意力转向让设备更轻便、更容易制造。
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