最近,中國科學家在量子磁探測技術取得重大進展,成功研發出一種無人機載量子探潛設備,在海上測試中表現出優異性能,該探測系統達到了皮特斯拉級精度,相當于可檢測地球磁場百萬分之一的變化,可以用來追蹤磁異常信號,測繪海底資源,在軍事運用中,可以在復雜水文海域中精準探測潛艇,甚至能捕捉潛艇航行時產生的微弱尾流信號,讓敵方潛艇更難隱匿蹤跡。
該項目由中國航天科技集團主導,北京航天自動控制研究所參與研發,采用自主全向相干布居囚禁(CPT)原子磁力儀,設計靈敏度為8皮特斯拉;該系統克服了傳統光泵原子磁力儀、質子磁力儀等存在測量盲區、輸出速率低的問題,同時具備高準確度、高精度、設備體積小型化等優點。
傳統反潛手段(如光泵磁力儀)在南海這類低緯度海域存在致命的“探測盲區”——因為地球磁場在這些區域幾乎平行于海面,當傳感器光軸與磁力線夾角過小時,信號會急劇衰減變弱,很難發現潛艇蹤跡。
在南海測試的新技術采用了相干布居囚禁(CPT)原子磁力儀,利用量子干涉效應,可以全向無死角探測,靈敏度達到皮特斯拉級,相比北約現役的加拿大MAD-XR系統(需要配備多探頭消除探測盲區,系統過于精密昂貴,復雜),中國這套新探測系統單探頭就能達到要求,且成本更低,更適合大進行規模部署,特別適用于像中國擁有廣闊海洋疆土的國家。
圖片來源:中國航天科技集團公司
該系統由中國航天科技集團有限公司量子工程研究中心主任王學鋒帶領的團隊研發,利用“拖曳式系統通過20米電纜將CPT傳感器與旋翼無人機連接,最大限度降低了機體電磁干擾。該系統結合磁通門磁力儀校正航向誤差,利用GPS和地面站運行降噪算法,補償地磁日變,最終生成高分辨率磁異常圖。”測試數據表現優異。
另外,中國與多國科學正在研發其他類型高性能探潛系統,如無自旋交換弛豫(spin-exchange relaxation free,SERF)原子磁力計,是目前靈敏度最高的磁場探測器,具有對低頻信號敏感、無需低溫、功耗低、超窄線寬、譜學特性豐富、易小型化等優點,據稱可將靈敏度再提升千倍至飛特斯拉量級。
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