KVANTESENSOR TIL NAVIGATION TESTES I GRØNLAND

Forskere tester kvanteaccelerometer til fremtidig højpræcisions-flynavigation.

En kvantesensor til måling af accelerationer vil i juni blive skruet fast i kabinen på et rødt Twin Otter-propelfly og flyve i et zigzagmønster over Godthåbsfjorden ved Nuuk i Grønland. Sensoren er under udvikling af det statsejede franske firma ONERA, og med testflyvningerne skal forskere fra DTU dokumentere, hvor præcist kvantesensoren kan bestemme Jordens tyngdefelt. Samtidig skal forskerne teste, hvordan man i fremtiden kan navigere mere præcist med kvantebaserede navigationssystemer, hvis gps-satellitnavigation bliver ’jammet’ i en krisesituation.

”Populært sagt kan kvantesensoren sammenlignes med et accelerometer, som sidder i mange moderne smartphones, og som bruges til at bestemme telefonens orientering og bevægelser. I kvantesensoren sidder accelerometeret i en vakuumbeholder, hvor rubidiumatomer er nedkølet til tæt på det absolutte nulpunkt, dvs. -273 grader. Atomernes bevægelser afspejler nøjagtigt Jordens tyngdekraft og flyets accelerationer og registreres ved hjælp af laser,” forklarer René Forsberg, professor ved DTU. Instrumentudviklingen er stadig på et tidligt stadie, og udstyret vejer flere hundrede kilo med den tilhørende elektronik, lasere og vakuumudstyr.

Quantum warfare

Testflyvningerne med en kvantesensor finder sted i projektet Green Quantum, som medfinansieres af Forsvarsministeriets Materiel- og Indkøbsstyrelse, FMI, og resultaterne skal bruges i en europæisk satsning på kvantemetoder til fremtidig ’quantum

Tyngdemålinger fra DTU

DTU Space har forsket i og udviklet tyngdekraftmodeller, og udviklet og udført tyngdekraftundersøgelser fra luften på alle syv kontinenter siden 1990’erne. DTU Space udfører også geodætiske undersøgelser i Grønland på vegne af Styrelsen for Dataforsyning og Infrastruktur. Luftbårne tyngdemålinger bruges i stigende grad som en del af såkaldt moderne vertikale referencesystemer som ’geoiden’, der danner grundlag for præcis gps-højdemåling. Data for Jordens tyngdefelt bruges også til geofysisk udforskning og beregning af præcise satellitbaner, f.eks. til at overvåge ændringer i det globale havniveau.

felt fra fly, som i fagsprog betegnes kvantegravimetri. Kvantegravimetri har vigtige anvendelser i overvågning af klimaændringer og geodynamiske undersøgelser, f.eks. i vulkan- eller jordskælvszoner.

Testflyvninger i Grønland tyngdekort er helt essentielle baggrundsdata for fuldt ud at udnytte kvantesensorer til præcis navigation.

Uafhængig af gps­ signaler warfare’, som udvikles i projektet ADEQUADE (Advanced, Disruptive and Emerging QUAntum technologies for DEfence), der er bevilget af Den Europæiske Forsvarsfond, EDF.

35 europæiske partnere samarbejder i ADEQUADE om at reducere kvantesensorteknologien fra de nuværende kolosser, som fylder det meste af flyveren, til en sensorbaseret chipteknologi på størrelse med en kaffekop.

DTU Space og ONERA er begge partnere i ADEQUADE og har i et tidligere samarbejde i 2017-19 fløjet et kvanteaccelerometer i tests på Island og i Biscayen. Dermed demonstrerede DTU som de første i verden muligheden for at bruge kvantesensorer til at måle variationer i Jordens tyngde-

I testflyvningerne i Grønland installerer forskere og ph.d.-studerende fra DTU kvantesensoren i et gyrostabiliseret leje, som hele tiden er i vater og dermed sikrer, sammen med præcise gps-målinger, at kvantemålingerne hele tiden er korrigeret for flyets bevægelser. Der flyves samtidig en kommerciel flynavigationsenhed, og samlet set giver det forskerne et overblik over flyets position med få centimeters nøjagtighed. Dette giver mulighed for at bestemme tyngdefeltet med meget høj nøjagtighed (10-6 g) og generere data, som bl.a. skal bruges til at forbedre grønlandske højdemålinger, der er baseret på gps, og også sikre data til en bedre korrektion af kvantenavigation.

”På udvalgte strækninger vil vi koble alle vore normale navigationssystemer fra og alene flyve på kvantesensoren. Det gør det muligt at opsamle data for, hvor præcis kvantenavigationen er – både i forhold til tyngdekortet og i forhold til flyets bevægelser i luften,” forklarer René Forsberg. Forbedrede

Denne sommer bliver en kvantesensor skruet fast i kabinen i det røde Twin Otter-fly for at teste sensorens evne til at bestemme Jordens tyngdefelt.

I den nuværende kvantesensor registrerer en laserkilde alene atomernes op- og nedadgående bevægelser, men hvis sensoren udstyres med flere lasere, kan flyet styres alene på baggrund af kvantesensoren og dermed blive uafhængigt af informationer fra gps-systemer, der kan jammes eller spoofes. Dette sker hyppigt i forbindelse med Ukrainekrigen, og vi har også set eksempler på gps-jamming i Danmark.

Kvantenavigation vil i fremtiden kunne anvendes overalt – også i bygninger, under jorden og i ubåde – hvis det kan komme ned på størrelse med en mikrochip. Gennem måling af tyngdefeltets ændringer gør kvanteaccelerometre det også muligt at udføre mere præcise satellitmålinger af klimaændringer som isens afsmeltning, stigninger i det globale havniveau og oversvømmelser. Derfor deltager DTU også i EU-projektet CARIOQA, som skal forberede og udvikle teknologi til en fremtidig europæisk kvantesatellitmission.

René Forsberg, professor, DTU, rf@space.dtu.dk

Tim Jensen, forsker, DTU, timj@space.dtu.dk

Europæisk udvikling af kvantesensorer til navigation og tyngdefeltsmåling

Forskningsprojektet ADEQUADE skal udvikle kvanteteknologi til navigation, tyngde- og magnetfeltsmåling og forbedre radar- og lasersystemer. Projektet er støttet af Den Europæiske

Om Climify

• Climify er et spinout fra DTU oprettet i 2021.

• De benytter smartsensorer og brugerfeedback til at justere indeklimaet primært for virksomheder og skoler.

• Sensorerne måler temperatur, luftfugtighed og CO2, mens man med fordel også kan måle lys, og om der er nogen til stede i lokalet, ved hjælp af infrarøde stråler, så man kan slukke lyset og sænke temperaturen, når lokalet står tomt.

• Climify bruger en simpel algoritme til at justere indeklimaet og tager også højde for eksterne data såsom vejrudsigten, der bruges til at forudsige, hvor varmt eller koldt der bliver i et specifikt lokale.

• Bygningens brugere kan give feedback om indeklimaet ved at bruge Climifys app, så den kunstige intelligens kan justere det ud fra, hvordan brugerne rent faktisk foretrækker indeklimaet.