7월 14, 2024

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과학자들은 우주선 무선 항법 시스템의 첫 번째 테스트를 수행합니다 – Ars Technica

과학자들은 우주선 무선 항법 시스템의 첫 번째 테스트를 수행합니다 – Ars Technica

확대 / 지구 대기권에 쏟아지는 우주선은 GPS 내비게이션을 위한 새로운 무선 대체 시스템의 기반이 됩니다.

2015 히로유키 KM 다나카

GPS는 이제 일상 생활의 중심이 되어 광범위한 응용 프로그램에서 위치 지정, 내비게이션, 추적, 매핑 및 타이밍을 지원합니다. 그러나 몇 가지 단점이 있는데, 특히 건물, 바위 또는 물을 통과할 수 없다는 점이 가장 두드러집니다. 그렇기 때문에 일본 연구원들은 전파가 아닌 우주 광선 또는 뮤온에 의존하는 대체 무선 항법 시스템을 개발했습니다. 새로운 잎 iScience 저널에 게재되었습니다. 팀은 첫 번째 성공적인 테스트를 수행했으며 수색 및 구조 팀은 언젠가 이 시스템을 사용하여 예를 들어 수중 로봇을 안내하거나 자율 차량이 지하를 탐색하도록 도울 수 있습니다.

“우주선 뮤온은 지구 전체에 고르게 떨어지며 어떤 물질을 통과하든 항상 같은 속도로 이동하여 수 킬로미터의 암석을 관통합니다.” 공동저자 타나카 히로유키 에게 무오그라픽스 일본 도쿄대에서. “이제 뮤온을 사용하여 지하, 실내 및 수중에서 작동하는 muPS라고 하는 새로운 유형의 GPS를 개발했습니다.”

앞서 언급한 바와 같이, 뮤온을 이용한 오랜 역사가 있다. 고고학적 구조물의 이미지우주선이 이러한 입자를 안정적으로 공급하기 때문에 프로세스가 더 쉬워집니다. 뮤온도 사용 체이스 불법 이사 국경을 넘는 핵 물질 및 활화산 모니터링, 언제 폭발할지 감지하기 위해. 2008년 오스틴에 있는 텍사스 대학의 과학자들은고대 뮤온 탐지기를 재사용하여 벨리즈에서 숨겨진 마야 유적 가능성을 검색합니다. Los Alamos National Laboratory의 물리학자들은 꼭대기에 돔(Il Duomo)을 만드는 비밀을 풀기 위해 휴대용 버전의 뮤온 이미징 시스템을 개발했습니다. 비너스의 성모 마리아 대성당 이탈리아 피렌체에서는 15세기 초 필리포 브루넬레스키(Filippo Brunelleschi)가 설계했습니다.

2016년 과학자들은 뮤온 이미징을 사용했습니다. 신호를 잡아라 그것은 북쪽면의 유명한 쉐브론 블록 뒤에 숨겨진 통로를 가리 킵니다. 기자의 대피라미드 이집트에서. 이듬해 같은 팀은 피라미드의 다른 지역에서 숨겨진 방일 수 있다고 믿고 신비한 공허를 발견했으며 나중에 두 가지 다른 색상을 사용하여 칠했습니다. 뮤온 이미징 행동 양식. 그리고 바로 지난 달에 과학자들은 뮤온 이미징을 사용하여 현재의 이탈리아 나폴리보다 약 10미터(약 33피트) 아래에 있는 고대 네아폴리스 공동묘지의 폐허에 숨겨져 있던 방을 발견했습니다.

다나카는 로봇과 자율주행차가 가정, 병원, 공장, 광산 작업은 물론 수색 및 구조 임무에서 일반화될 수 있지만 아직 보편적인 내비게이션 및 포지셔닝 수단은 없다고 말했습니다. . 언급한 바와 같이 GPS는 지하나 수중을 통과할 수 없습니다. RFID 기술은 작은 배터리로 우수한 정확도를 달성할 수 있지만 서버, 프린터, 모니터 등이 있는 제어 센터가 필요합니다. 죽은 계정은 수정을 제공할 외부 단서가 없는 만성적인 추정 오류로 인해 어려움을 겪습니다. 음향 방법, 레이저 스캐닝 및 라이더도 단점이 있습니다. 그래서 Tanaka와 동료들은 대체 시스템을 개발할 때 뮤온을 사용했습니다.

실내 및 지하 공간을 위한 대체 기술의 장단점을 보여주는 인포그래픽
확대 / 실내 및 지하 공간을 위한 대체 기술의 장단점을 보여주는 인포그래픽

2023 히로유키 타나카 역

뮤온 이미징 방법은 일반적으로 가스로 채워진 챔버를 포함합니다. 뮤온이 가스를 통과하면서 가스 분자와 충돌하고 빛의 섬광(섬광)을 방출합니다. 이 빛은 검출기에 기록되어 과학자들이 입자의 에너지와 궤적을 계산할 수 있습니다. X선이나 전파 대신 고에너지 뮤온이 자연적으로 발생한다는 점을 제외하면 X선이나 지면 투과 레이더와 비슷하다. 이 높은 에너지는 조밀하고 조밀한 물질을 이미지화하는 것을 가능하게 합니다. 이미징된 물체의 밀도가 높을수록 더 많은 뮤온이 차단됩니다. Muographix 시스템은 지하 또는 수중에 배치된 뮤온 탐지 수신기의 좌표 역할을 하는 4개의 지상 뮤온 탐지 기준국을 기반으로 합니다.

팀이 실시 첫 번째 시도 2021년 뮤온 기반 수중 센서 어레이에서 도쿄만의 급변하는 조석 조건을 감지하는 데 사용됩니다. 그들은 해수면에서 약 45m(147피트) 아래에 위치한 Tokyo Bay Aqua Line의 서비스 터널 내부에 10개의 뮤온 탐지기를 배치했습니다. 그들은 10미터(약 33피트)의 공간 해상도와 1미터(3.3피트)의 시간 해상도로 터널 위의 바다를 이미지화할 수 있었으며, 이는 강력한 폭풍 파도나 쓰나미를 감지하는 시스템의 능력을 입증하기에 충분했습니다.

어레이는 같은 해 9월 남쪽에서 오는 태풍이 일본을 강타하여 해일과 쓰나미가 발생했을 때 테스트되었습니다. 과도한 양의 물 약간 증가 뮤온의 분산, 그리고 이 차이는 해양 팽창의 다른 측정치와 잘 일치합니다. 그리고 작년에 Tanaka의 팀은 그들이 그렇게 했다고 보고했습니다. 촬영 성공 토네이도 단면을 보여주고 강도의 차이를 드러내는 방사선 사진을 사용한 토네이도 수직 프로필. 그들은 차갑고 압력이 높은 외부 부분과 달리 따뜻한 코어의 밀도가 낮다는 것을 발견했습니다. 기존 위성 추적 시스템과 함께 방사선 촬영을 통해 허리케인 예보를 개선할 수 있습니다.

빨간색 선은 그가 걸어온 길을 나타냅니다.
확대 / 빨간색 선은 “네비게이터”가 이동한 경로를 나타냅니다. 흰색 점선은 MuWNS에 의해 기록된 궤적을 나타냅니다.

2023 히로유키 타나카 역

팀의 이전 반복은 움직임을 크게 제한하는 전선으로 수신기를 지상국에 부착했습니다. 이 새로운 버전인 Muometric 무선 항법 시스템(MuWNS)은 이름에서 알 수 있듯이 완전히 무선이며 고도로 정확한 석영 시계를 사용하여 지상국을 수신기와 동기화합니다. 결합된 기준국과 동기식 시계를 통해 수신기의 좌표를 결정할 수 있습니다.

테스트 실행을 위해 지상 스테이션은 건물 6층에 배치되었고 수신기를 운반하는 “네비게이터”는 지하 복도를 돌아다녔습니다. 측정 결과는 네비게이터의 코스를 계산하고 취한 경로를 확인하는 데 사용되었습니다. Tanaka에 따르면 MuWNS는 2~25미터(6.5~82피트)의 정확도와 최대 100미터(약 328피트)의 범위에서 작동했습니다. “이것은 도시 지역에서 지상의 단일 지점 GPS 포지셔닝보다 낫지는 않더라도 좋습니다.”라고 그는 말했습니다. “하지만 여전히 실용적이지는 않습니다. 사람들은 1미터 정확도가 필요하며 그 핵심은 시간 동기화입니다.”

한 가지 해결책은 상업적으로 이용 가능한 칩 크기의 원자 시계를 통합하는 것입니다. 이 시계는 수정 시계보다 두 배나 정확합니다. 그러나 이러한 원자 시계는 현재로서는 매우 비싸지만 Tanaka는 이 기술이 휴대폰에 보다 광범위하게 통합됨에 따라 미래에 비용이 떨어질 것으로 예상합니다. MuWNS에 사용되는 나머지 전자 장치는 앞으로 최소화하여 휴대용 장치로 만들 것입니다.

DOI: iScience, 2023. 10.1016/j.isci.2023.107000 (DOI에 대해).

Muographix의 사람들은 뮤온 기반 시스템을 설명하기 위해 이 매력적인 공상 과학 비디오를 만들었습니다.