चीन ड्रोन झुंडासाठी विश्वातील सर्वात लहान अणु घड़ी तयार करते

Drone Swarms मध्ये वेळ सर्व काही आहे

एक drone एक मंच आहे. दर्जन किंवा शेकडो drones चा एक समन्वित झुंड गुणात्मकदृष्ट्या वेगळा आहे—एक वितरित प्रणाली जी एकाच वेळी बहु-कोनात्मक हल्ल, समन्वित jamming, overlapping field of view सह सतत निरीक्षण, आणि सामूहिक वर्तन जे कोणत्याही एकल युनिटपेक्षा संरक्षण करणे अधिक कठीण आहे. Drone swarms ची रणनीतिक क्षमता अलिकडील अनेक संघर्षांमध्ये प्रदर्शित केली गेली आहे, आणि जागतिक सैन्य योजनाकार झुंड क्षमता विकसित करणे आणि प्रतिद्वंद्वी झुंडांपासून संरक्षण दोन्ही गोष्टींमध्ये भारी गुंतवणूक करत आहेत.

परंतु झुंड समन्वयाची एक मूलभूत तांत्रिक आवश्यकता आहे: वेळ. Drones ला त्यांच्या कृती अत्यंत लहान वेळ खिडकीमध्ये—काही अनुप्रयोगांमध्ये nanoseconds—समन्वय करणे आवश्यक आहे जे झुंडांना समन्वित प्रभाव प्राप्त करण्यास सक्षम करते जे सैन्यदृष्ट्या उपयुक्त आहे. GPS अनेक सद्य अनुप्रयोगांसाठी वेळ प्रदान करते, परंतु GPS-based वेळामध्ये सुपरिचित vulnerabilities आहेत: सिग्नल jamming केली जाऊ शकते, spoofed, किंवा प्रतिद्वंद्वी electromagnetic वातावरणांमध्ये नकारली जाऊ शकते. झुंडांना जे आवश्यक आहे ते वेळ चा एक स्रोत आहे जो बाह्य संकेतांवर अवलंबून नाही—एक आत्मनिर्भर घड़ी जी परिचालन संबंधित वेळ कालावधीसाठी nanosecond समन्वय राखण्यासाठी पुरेशी अचूक आहे.

Atomic Clocks आणि आकार का महत्वाचा आहे

Atomic clocks अत्यंत exact आणि स्थिर oscillation frequency अणूंचा—सामान्यत: cesium किंवा rubidium—timebase म्हणून वापर करून काम करतात. Cesium-133 ची resonance frequency, जी आंतरराष्ट्रीय प्रमाणांसाठी दुसरा परिभाषित करण्यासाठी वापरली जाते, इतकी स्थिर आहे की एक cesium atomic clock प्रति 300 दशलक्ष वर्षांनी सुमारे एक सेकंद गमावते. अत्यंत exact वेळ समन्वयाची आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी कोणतीही उत्तम उपलब्ध तंत्रज्ञान नाही.

समस्या आकार आणि शक्ती वापर आहे. पारंपरिक atomic clocks खोलीच्या आकाराची साधने आहेत. Chip-scale atomic clocks मागील दोन दशकांमध्ये दियासलाई डिब्यांच्या आकाराच्या साधनांमध्ये कमी केली गेली आहेत जे हाताने धरल्या जाणार्या उपकरणांमध्ये एकीकृत केली जाऊ शकतात, परंतु हे सर्वात लहान UAVs साठी खूप मोठे आणि शक्ती-भूकेले आहेत. एक drone जो दियासलाई डिब्यांचा atomic clock घेत आहे तो एक drone आहे जो त्याचा मुख्य payload घेऊ शकत नाही.

चिनी टीमचे उपकरण सद्य chip-scale atomic clocks पेक्षा लक्षणीयपणे लहान असल्याचे अहवाल आहे जसे की drone swarm अनुप्रयोगांसाठी पुरेशी exactness राखते. संशोधनात उद्धृत विशिष्ट परिमाण आणि exactness आकडे हे एक अवस्थेत ठेवतात जे लहान रणनीतिक drones मध्ये एकीकरणासाठी प्रतिबंधात्मक वजन किंवा शक्ती दंड न देता सुसंगत आहे.

तांत्रिक दृष्टिकोन

Miniaturization उपलब्धी एकाच वेळी अनेक क्षेत्रांमध्ये प्रगतीवर अवलंबून असते. Physics package—भाग ज्यामध्ये अणू आणि त्यांची resonance विचारणा करणारी laser प्रणाली असते—MEMS fabrication पद्धतींद्वारे लहान केली गेली आहे जी लघु vapor cells आणि photonic components च्या बांधकामाची परवानगी देतात. Control electronics custom silicon chips मध्ये एकीकृत केली गेली आहे जी मागील डिজाईनपेक्षा खूप लहान footprint मध्ये आवश्यक कार्यक्षमता प्राप्त करतात.

Drone एकीकरणासाठी आवश्यक शक्ती वापर कमी करणे अंशतः miniaturization द्वारे साधले गेले—लहान भौतिक घटकांना नियंत्रित करण्यासाठी कमी ऊर्जा आवश्यक असते—आणि अंशतः redesigned नियंत्रण algorithms द्वारे जे timing exactness राखून power-intensive ऑपरेशनच्या duty cycle कमी करतात. परिणामी प्रणाली operational संबंधित कालावधीसाठी झुंड समन्वयासाठी पुरेशी exactness प्राप्त करते बाह्य reference updates न देता.

सैन्य आणि नागरिक अनुप्रयोग

स्पष्ट सैन्य अनुप्रयोग GPS पासून drone swarm timing independence आहे. परंतु त्याच तंत्रज्ञानाचे महत्वाचे नागरिक अनुप्रयोग आहेत. Telecommunications नेटवर्क 5G आणि emerging 6G systems साठी exact timing समन्वय आवश्यक असतात. Navigation systems जे GPS वर विश्वास करू शकत नाहीत—tunnels मध्ये, urban canyons मध्ये, किंवा इतर GPS-denied वातावरणांमध्ये अपरेशन साठी—उच्च-exact स्वतंत्र घड्या्लीवरून लाभ घेतात. Atomic clocks लहान करण्याची शर्यत संयुक्त राज्यांमध्येही चल आहे. DARPA ने chip-scale atomic clocks ला लक्ष्य करणार्या multiple programs मध्ये गुंतवणूक केली आहे सुधारित exactness आणि कमी शक्ती वापर सह, Atomic Clock with Enhanced Stability program सह. या क्षेत्रातील US आणि चीनच्या प्रयत्नांमधील प्रतिस्पर्धी गतिशीलता dual-use timing आणि navigation तंत्रज्ञानातील विस्तृत तांत्रिक प्रतिस्पर्धेचा भाग आहे.

Verification आणि Implications

चिनी टीमचे दावे अद्याप peer review आणि इतर groups द्वारा replication द्वारे independently verified केले गेले नाहीत. या क्षेत्रातील miniaturization records चे दावे सावधानीपूर्वक scrutiny आवश्यक असतात: performance metrics ज्या महत्वाचे आहेत—exactness, वेळ वर stability, शक्ती वापर, आणि field conditions मध्ये vibration आणि temperature variation साठी resistance—सर्व प्रदर्शित केले जाणे आवश्यक आहे, केवळ headline आकार आकडे नाही.

जर performance दावे validated असतील, तंत्रज्ञान drone swarms च्या tactical autonomy मध्ये एक meaningful advancement दर्शवते आणि defense planners GPS denial ला counter-swarm strategy म्हणून कसे विचार करतात याचा परिणाम आहे. Systems जे GPS न करता accurate internal समन्वय राखू शकतात electronic warfare tactics साठी अधिक resilient आहेत जे adversaries ने GPS-dependent platforms ला हरवण्यासाठी विकसित केली आहेत.

हा लेख Interesting Engineering द्वारा reporting वर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.