Żyroskop atomowy o wielkości chipu komputerowego
System GPS jest powszechnie wykorzystywany w codziennym życiu, ale nie nadaje się do użytku pod wodą i wewnątrz budynków, gdzie jego sygnał może być z łatwością zakłócany. Oparte na GPS systemy nawigacyjne nie mogą też samodzielnie obsługiwać nawigacji samolotów. W lotnictwie wciąż używa się systemów nawigacji bezwładnościowej opartych na laserowych interferometrach i mechanicznych żyroskopach. Skuteczność konwencjonalnych interferometrów maleje wraz z upływem czasu. Celem finansowanego ze środków UE projektu AGEN (Atomic gyroscope for enhanced navigation) było rozwinięcie technologii żyroskopowej na potrzeby współczesnych systemów nawigacji lotniczej. Żyroskopy działające w oparciu o atomy schłodzone do bardzo niskich temperatur powinny umożliwić dokładny pomiar położenia samolotu. Aby zrealizować te zamierzenia, w projekcie AGEN wzięły udział dwa ośrodki badawczo-rozwojowe oraz małe i średnie przedsiębiorstwa działające w sektorze nowych technologii. Partnerzy projektu przeanalizowali istniejące technologie magnetycznego rezonansu jądrowego i żyroskopu atomowego, aby porównać ich ograniczenia i wymagane osiągi. W zespole atomów gazu szlachetnego możliwe jest utrzymywanie spinu jądra w taki sposób, aby stale wskazywał na określony kierunek, podobnie jak wirnik w mechanicznym żyroskopie, który utrzymuje kierunek obrotu wokół osi. W ten sposób otrzymujemy żyroskop ze spinem jądrowym. Gdyby żyroskop atomowy można było wytwarzać w postaci urządzenia o niewielkich gabarytach i dużej odporności na uderzenia, mógłby on z powodzeniem zastąpić starszą technologię nawigacji lotniczej. W pierwszym roku realizacji projektu opracowano modele teoretyczne umożliwiające określenie gradientów pola magnetycznego oraz odróżnienie ruchu wirowego od ruchu precesyjnego. W drugim roku zidentyfikowano najważniejsze punkty pomiarowe i przeprowadzono próby porównawcze, aby ocenić konstrukcję mikrowytwarzanych ogniw gazowych. Budowa żyroskopu atomowego jest nieskomplikowana, dzięki czemu nadaje się on do produkcji metodą mikrowytwarzania. Opracowywanie żyroskopów w oparciu o najnowsze zdobycze technologii wytwarzania zegarów atomowych i magnetometrów to nowy kierunek badań, który powinien przyczynić się do poprawy dokładności nawigacji w nieodległej przyszłości. Dzięki pełniejszej wiedzy na temat obrotu atomów, żyroskopy stały się jednymi z najczulszych instrumentów, przewyższających dokładnością żyroskopy oparte na układach mikroelektromechanicznych. Projekt AGEN przybliżył Europę do zdobycia pozycji lidera w dziedzinie budowy żyroskopów atomowych.
Słowa kluczowe
Żyroskop atomowy, GPS, lotniczy system nawigacyjny, magnetyczny rezonans jądrowy, mikrowytwarzane ogniwa gazowe
