Navi der Zukunft braucht kein GPS
Albuquerque – Eine Vakuumkammer, so gross wie eine Avocado, die eine Wolke aus Atomen beherbergt, könnte eine Navigation ohne das allgegenwärtige GPS oder das präzisere europäisches Galileo ermöglichen. Es ist eine Kombination aus atomarem Beschleunigungsmesser und einem extrem genauen Gyroskop, das Drehbewegungen misst, so Forscher der Sandia National Laboratories (SNL).
Rubidiumatome verraten Kurs
Das Gerät ist so klein, dass es sich an Bord von Fahrzeugen und Flugzeugen verwenden lässt, wenn es einmal aus dem Laborstandard herauskommt und in Serie gefertigt wird, sagen die Experten. In der Kammer, deren Wände aus Titan bestehen, die für Fenster aus Saphir unterbrochen sind, bewegt sich die Wolke aus Rubidiumatomen in Abhängigkeit von der Bewegung der Kammer. Beschienen wird sie von einem Laserstrahl, der gebrochen und reflektiert wird und sich teilweise aufgrund von Interferenz auslöscht.
Aus all diesen Signalen lassen sich Beschleunigung – auch negative beim Bremsen – und Richtungswechsel ableiten, und zwar mit so grosser Präzision, dass Korrekturen von aussen nicht nötig sind. SNL-Forscher Peter Schwindt und Postdoc Bethany Little haben die Kammer als Kerntechnologie für künftige Navigationssysteme entwickelt, die keine Satelliten mehr benötigen. Atomare Beschleunigungsmesser und Gyroskope gibt es bereits, aber sie sind zu sperrig und stromhungrig, als dass sie mobil genutzt werden könnten. Das liegt daran, dass sie eine grosses Vakuumkammer benötigen, um zu funktionieren.
Kubikzentimeter muss reichen
Den SNL-Wissenschaftlern ist es gelungen, die Kammer drastisch zu verkleinern. Mit ihrem Sensor setzen sie auf Quantenmechanik, die herkömmliche Technologien ziemlich alt aussehen lassen. «Quantensensoren sind im Kommen, und es gibt viele Anwendungen, die im Labor funktionieren», meint Little und ergänzt. «In der realen Welt sieht das ganz anders aus. Da müssen noch viele Probleme gelöst werden.» Die Physik finde in einem Volumen von einem Kubikzentimeter statt. Alles, was darüber hinausgehe, sei verschwendeter Raum.
Genau diese Verkleinerung gilt es zu schaffen. Mit einer Vakuumpumpe ist das nicht möglich. Stattdessen saugen die Forscher Luft aus dem Behälter, indem sie die Moleküle chemisch binden. Diese Getter genannten Systeme sind gerade einmal so gross wie Radiergummis. Sie befinden sich in zwei Rohren, die aus der Kammer herausragen. Die Kammer soll jetzt fünf Jahre lang betriebsbereit bleiben, ohne Eingriffe von aussen. (pte/mc/ps)
