NASA создаёт первый в мире космический квантовый датчик гравитации
NASA выделило компании Infleqtion ещё 20 миллионов долларов на разработку миссии Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder, в рамках которой может быть создан первый в мире квантовый датчик гравитации для работы в космосе. С учётом нового контракта общий объём инвестиций NASA в проект достиг 40 миллионов долларов. Руководит программой Лаборатория реактивного движения NASA.
Проект переходит к важному этапу разработки оборудования. Инженерам предстоит создать и испытать основные компоненты прибора перед подготовкой к демонстрационной миссии на орбите. Infleqtion рассчитывает запустить аппарат на низкую околоземную орбиту в 2030 году.
Будущий прибор будет использовать ультрахолодные атомы рубидия для регистрации чрезвычайно малых различий в гравитационном поле Земли. Такие измерения могут дать более точную информацию об изменениях, происходящих на поверхности и под ней.
Квантовые гравитационные датчики в перспективе смогут отслеживать перемещение подземных вод, таяние ледников и изменения запасов природных ресурсов под поверхностью Земли. Существующие спутниковые миссии уже измеряют изменения гравитационного поля планеты, в том числе аппараты GRACE и GRACE-FO, однако квантовые технологии предлагают новый подход к проведению таких наблюдений.
Infleqtion будет разрабатывать атомно-физический модуль, который станет основой нового прибора. В его состав войдут вакуумная камера, лазеры и электронные системы управления, необходимые для подготовки и контроля атомов.
Для проведения измерений атомы рубидия будут охлаждаться почти до температуры в один пикокельвин. При таких экстремально низких температурах их состоянием можно очень точно управлять, что позволяет использовать атомы для высокочувствительных измерений гравитации.
Следующим этапом станет создание первого образца измерительной головки и инженерной версии электронной системы. Их испытают на установке Einstein Elevator в Ганновере, которая позволяет создавать кратковременные условия микрогравитации с помощью специальной системы свободного падения.
Эти испытания должны показать, насколько надёжно квантовый датчик сможет работать в условиях, приближённых к космическим. Разработка также опирается на предыдущие эксперименты на Международной космической станции, где JPL и Infleqtion участвовали в работе с лабораторией Cold Atom Lab, изучавшей поведение ультрахолодных атомов в условиях микрогравитации.
Текущий этап программы, как ожидается, продлится до 2027 года. В течение следующих трёх лет NASA и его партнёры планируют завершить разработку оборудования, после чего проект перейдёт к подготовке орбитальной демонстрации.
Pathfinder не станет полноценным спутником для регулярных научных наблюдений. Его главная задача — проверить, можно ли превратить чрезвычайно чувствительную лабораторную квантовую систему в оборудование, способное выдержать запуск и стабильно работать на орбите.
Если испытания окажутся успешными, миссия поможет снизить технические риски при создании более совершенных спутниковых квантовых гравитационных приборов. В будущем такие системы могут повысить точность наблюдений за Землёй, помочь отслеживать водные ресурсы, таяние льда и другие изменения, связанные с перераспределением массы на планете.