الصين تبني أصغر ساعة ذرية في العالم لأسراب الطائرات بدون طيار

التوقيت كل شيء في أسراب الطائرات بدون طيار

طائرة واحدة بدون طيار هي منصة. يشكل تنسيق سرب من عشرات أو مئات الطائرات بدون طيار شيئاً مختلفاً نوعياً - نظام موزع قادر على هجمات متزامنة من زوايا متعددة، وتشويش منسق، ومراقبة مستمرة بحقول رؤية متداخلة، وسلوكيات جماعية يصعب الدفاع ضدها أكثر من أي وحدة فردية. تم توضيح الإمكانات التكتيكية لأسراب الطائرات بدون طيار في عدة نزاعات حديثة، والمخططون العسكريون في جميع أنحاء العالم يستثمرون بكثافة في تطوير قدرات الأسراب والدفاع ضد أسراب الخصم.

لكن تنسيق الأسراب له متطلب تقني أساسي: التوقيت. الطائرات بدون طيار التي تعمل بشكل منسق تحتاج إلى مزامنة إجراءاتها ضمن نوافذ زمنية صغيرة جداً - نانو ثانية في بعض التطبيقات - لتحقيق التأثيرات المنسقة التي تجعل الأسراب مفيدة عسكرياً. يوفر GPS التوقيت للعديد من التطبيقات الحالية، لكن التوقيت المستند إلى GPS له نقاط ضعف معروفة: يمكن حجب الإشارة أو تزييفها أو إنكارها في بيئات كهرومغناطيسية متنازع عليها. ما تحتاجه الأسراب هو مصدر توقيت لا يعتمد على إشارات خارجية - ساعة مستقلة دقيقة بما يكفي للحفاظ على المزامنة بدقة النانو ثانية لفترات زمنية ذات صلة عملياتية.

الساعات الذرية وسبب أهمية الحجم

تعمل الساعات الذرية باستخدام تردد التذبذب الدقيق والمستقر جداً للذرات - عادة السيزيوم أو الروبيديوم - كقاعدة زمنية. يكون تردد الرنين لـ cesium-133، المستخدم لتعريف المعيار الدولي للثانية، مستقراً جداً بحيث تفقد ساعة السيزيوم الذرية حوالي ثانية واحدة كل 300 مليون سنة. للتطبيقات التي تتطلب مزامنة وقت عالية الدقة، لا توجد تكنولوجيا متاحة أفضل من هذه.

كانت المشكلة هي الحجم واستهلاك الطاقة. الساعات الذرية التقليدية هي أجهزة بحجم الغرفة. قللت الساعات الذرية بحجم الرقاقة المطورة على مدى العقدين الماضيين هذه إلى أجهزة بحجم علبة الثقاب يمكن دمجها في المعدات المحمولة باليد، لكن حتى هذه كبيرة جداً وتستهلك طاقة كثيرة للطائرات بدون طيار الصغيرة. طائرة بدون طيار تحمل ساعة ذرية بحجم علبة الثقاب هي طائرة لا يمكنها حمل حمولتها الأساسية.

يُقال أن جهاز الفريق الصيني أصغر بشكل ملحوظ من الساعات الذرية الموجودة بحجم الرقاقة مع الحفاظ على الدقة الكافية لتطبيقات أسراب الطائرات بدون طيار. تضع أرقام الأبعاد والدقة المحددة في البحث في نطاق يتوافق مع الدمج في طائرات بدون طيار تكتيكية صغيرة دون عقوبات وزنية أو طاقة محظورة.

النهج التقني

يعتمد إنجاز التصغير على تطورات في عدة مجالات في نفس الوقت. تم تقليل حزمة الفيزياء - الجزء الذي يحتوي على الذرات ونظام الليزر الذي يستجوب رنينها - من خلال تقنيات MEMS التي تسمح بإنشاء خلايا بخار مصغرة ومكونات فوتونية. تم دمج إلكترونيات التحكم في رقاقات سيليكون مخصصة تحقق الأداء المطلوبة في مساحة أقل بكثير من التصاميم السابقة.

تم تحقيق تقليل استهلاك الطاقة المطلوب لدمج الطائرات بدون طيار جزئياً من خلال التصغير نفسه - العناصر الفيزيائية الأصغر تتطلب طاقة أقل للتحكم فيها - وجزئياً من خلال خوارزميات التحكم المعاد تصميمها التي تقلل دورة العمل للعمليات التي تستهلك الطاقة بكثافة مع الحفاظ على دقة التوقيت. يحقق النظام الناتج دقة كافية لمزامنة أسراب الطائرات بدون طيار على فترات زمنية ذات صلة بالمهمة دون تحديثات مرجعية خارجية.

التطبيقات العسكرية والمدنية

التطبيق العسكري الواضح هو استقلال توقيت أسراب الطائرات بدون طيار عن GPS. لكن لنفس التكنولوجيا تطبيقات مدنية مهمة. تتطلب شبكات الاتصالات مزامنة توقيت دقيقة لأنظمة 5G والأنظمة الناشئة 6G. أنظمة الملاحة التي لا يمكنها الاعتماد على GPS - للعمليات في الأنفاق أو الأودية الحضرية أو البيئات الأخرى التي لا توجد فيها GPS - تستفيد من ساعات مستقلة دقيقة جداً. السباق لتصغير الساعات الذرية جار في الولايات المتحدة أيضاً. مولت DARPA برامج متعددة موجهة نحو الساعات الذرية بحجم الرقاقة بدقة محسنة واستهلاك طاقة أقل، بما في ذلك برنامج Atomic Clock with Enhanced Stability. الديناميكية التنافسية بين جهود الولايات المتحدة والصين في هذا المجال هي جزء من المنافسة التكنولوجية الأوسع في تكنولوجيا التوقيت والملاحة ذات الاستخدام المزدوج.

التحقق والآثار

لم يتم التحقق بعد من مطالبات الفريق الصيني من خلال المراجعة النظيرة والنسخ من قبل مجموعات أخرى. تتطلب مطالبات سجلات التصغير في هذا المجال فحصاً دقيقاً: مقاييس الأداء المهمة - الدقة والاستقرار بمرور الوقت واستهلاك الطاقة والمقاومة ضد الاهتزاز وتغيرات درجة الحرارة في ظروف الحقل - يجب أن تظهر جميعها وليس فقط رقم حجم العنوان الرئيسي.

إذا تم التحقق من مطالبات الأداء، فإن التكنولوجيا تمثل تقدماً ذا معنى في الاستقلال التكتيكي لأسراب الطائرات بدون طيار والتأثيرات على كيفية تفكير المخططين الدفاعيين حول إنكار GPS كاستراتيجية مضادة للأسراب. الأنظمة التي يمكنها الحفاظ على المزامنة الداخلية الدقيقة بدون GPS تكون أكثر مرونة ضد تكتيكات الحرب الإلكترونية التي طورها الخصوم للتغلب على المنصات التي تعتمد على GPS.

هذه المقالة مبنية على تقارير من Interesting Engineering. اقرأ المقالة الأصلية.