Het valt niet te ontkennen dat gps- en kaarttoepassingen op onze mobiele telefoons de samenleving, inclusief het leger, ingrijpend hebben beïnvloed. Toch heeft zelfs het gebruik ervan grenzen aan het bereik en de mogelijkheden. Nu doet de wetenschap er alles aan om afgelegen locaties te bereiken waar GPS geen bereik heeft. Eind september selecteerde en financierde het Office of Naval Research (ONR) Global samen met het U.S. Army Development Command het winnende voorstel van zijn tweede jaarlijkse Global-X Challenge, waarin werd opgeroepen tot internationale projecten om de capaciteitskloven op hoge breedtegraden aan te pakken (Polar Regio's).

Het winnende project is een team bestaande uit onderzoekers uit Japan, het VK, de VS en Finland, geleid door Dr. Chris Steer van Geoptic Infrastructure Investigations Limited (VK), en zal proberen binnen negen maanden een proof-of-concept van een alternatief navigatiesysteem te tonen in het noordpoolgebied met behulp van muonen met een precisie die gelijk is aan die van GPS. Ze zullen een natuurlijke stralingsbron gebruiken, kosmische straalmuonen genaamd, als alternatief voor de satelliet-afgeleide GPS-signalen. Het unieke aspect van dit werk is dat deze subatomaire deeltjes door rotsen, gebouwen en aarde gaan - gebieden waar geen GPS-communicatie kan worden ontvangen.

De leidende wetenschappelijk directeur van ONR Global voor dit project, Dr. Charles Eddy, zei:"Het vermogen om te navigeren in poolgebieden zal de komende decennia van toenemend belang worden, aangezien de klimaatverandering de Arctische waterwegen openstelt voor commerciële en militaire activiteiten. Dit project , dat gebruik maakt van kosmisch relativistische deeltjes die continu het hele aardoppervlak treffen, biedt een innovatieve benadering van de uitdaging van navigatie op hoge breedtegraden met weinig of geen GPS-service."

Op dezelfde lijn merkte Dr. Steer op:"Net als echolocatie, kan het tijdsverschil tussen 'pings' - de signalen van een kruisend muon in onze detectoren - de gebruiker in staat stellen de afstand van de ene detector naar de andere te meten met meerdere detectoren die locatiebepaling mogelijk maken. door triangulatie. De techniek is al eerder in het laboratorium getest, waar het proces van het omzetten van de doorgangstijden van deeltjes om de positie van een detector af te leiden met succes werd gedemonstreerd."

Uitdagingen, kansen en toekomstige toepasbaarheid

Na eerst het systeem te hebben getest in een grote waterdompeltank in het Verenigd Koninkrijk, zal het project verhuizen naar Finland om te worden ingezet in een Arctisch meer dat bedekt is met een meter ijs. Op deze hoge breedtegraden zijn conventionele GPS-metingen problematisch vanwege hun baanbeperkingen.

Vanuit een wetenschappelijk perspectief is een belangrijke uitdaging de ontwikkeling van een aantal strak gespecificeerde sensoren, zoals een sterk gesynchroniseerde set gedistribueerde klokken (tot beter dan 10 miljardste van een seconde), om de afgeleide positieonzekerheid te minimaliseren, en hun integratie met de muondetectoren. Om de zaken nog uitdagender te maken, zei Steer, "moeten we ons systeem ook inzetten in arctische weersomstandigheden (meestal -20 graden Celsius), in een geïsoleerde omgeving en gedeeltelijk onder water. De koude omgeving heeft gevolgen voor veel aspecten van het project, van personeel om ervoor te zorgen dat de elektronica bestand is tegen de kou."

De wetenschappelijke mogelijkheden zijn er in overvloed en ze reiken veel verder dan de onderwateromgeving, aangezien het werken in GPS-ontkende omgevingen zo'n veel voorkomend probleem is. "De zee is in grote lijnen transparant voor muonen van kosmische stralen, dus we verwachten dat er een aantal wetenschappelijke onderzeese navigatiemogelijkheden zullen zijn. Evenzo, aangezien kosmische straalmuonen zeer doordringend zijn en door vele tientallen tot honderden meters rots kunnen gaan, is het mogelijk om te zien dat deze technologie ook grote kansen biedt in tunnels en andere ondergrondse omgevingen," vervolgde Steer.

De toekomst is buitengewoon rooskleurig voor deze onderzoekslijn, aangezien positiebepaling van fundamenteel belang is binnen veel gebieden van wetenschap, techniek en industrie. Hoewel dit over het algemeen een zeer positief aspect is, "kan de brede toepasbaarheid ook een afleidend probleem zijn, omdat vaak een focustoepassing nodig is om vooruitgang te boeken", aldus Steer. "Daarom zou de volgende fase na dit project zijn om inzicht te krijgen in de positioneringsbehoeften van eindgebruikers, door te selecteren wat het beste past bij ons positioneringsmeetsysteem en om de technologie voor hun behoeften te ontwikkelen."

De potentiële reikwijdte is breed en de technologie van het project is transformerend voor positionering in tunnels en op het land of onder water op hoge breedtegraden.

Over Global-X

Het doel van de Global-X Challenge is om door middel van fundamenteel en toegepast onderzoek een katalysator te ontdekken, te verstoren en uiteindelijk een katalysator te bieden voor de latere ontwikkeling en levering van revolutionaire capaciteiten aan de Amerikaanse marine en het Korps Mariniers, de commerciële markt en het publiek.

ONR Global sponsort wetenschappelijke inspanningen buiten de VS en werkt samen met wetenschappers en partners over de hele wereld om marinecapaciteiten te ontdekken en te bevorderen.