Equipe conclui 1º teste de voo de navegação quântica
Por Mychaela Kekeris, redatora da Boeing
A Boeing concluiu o primeiro teste de voo registrado do mundo com múltiplos sensores quânticos em 2024, permitindo que um avião em voo navegue sem GPS por quatro horas.
Embora sensores quânticos para navegação sejam pesquisados em laboratório há anos, o teste foi a primeira operação conhecida dos sensores em um avião durante o voo. Esse e os voos subsequentes produziram dados de navegação em tempo real, necessários para implementar qualquer aplicação da tecnologia.
O sistema de navegação quântica normalmente não sofre as interrupções temporárias de serviço que podem ocorrer com o GPS atual ou outros sistemas de navegação. A precisão do sistema de navegação quântica pode permitir que aeronaves em rotas comerciais naveguem sem GPS durante todo o voo.
Medindo o sucesso
A equipe realizou o teste utilizando uma unidade de medição inercial quântica (IMU) de seis eixos. A IMU foi integrada a um sistema de navegação inercial completo e implantada em um Beechcraft 1900D para a série de testes de voo. Uma IMU quântica é projetada para ser mais precisa do que as IMUs convencionais. Essa precisão aprimorada pode levar à redução de erros de navegação de dezenas de quilômetros ao final de um voo longo para até dezenas de metros.
O teste de voo de St. Louis mostrou conclusivamente que os sensores quânticos foram capazes de operar com sucesso durante decolagens, pousos e múltiplas manobras.
“A Boeing está liderando o desenvolvimento da tecnologia quântica que ajudará a melhorar a segurança dos voos”, disse Ken Li, principal pesquisador técnico sênior da Boeing e principal pesquisador de navegação quântica.
Qualificações quânticas
A Boeing colaborou com a AOSense, sediada na Califórnia, para projetar e construir a IMU quântica.
“Projetamos nossa IMU quântica para operação robusta em ambientes hostis e temos o prazer de confirmar que, durante o teste de voo, o sensor apresentou o desempenho esperado em todos os eixos de entrada”, disse Brenton Young, presidente da AOSense. A AOSense desenvolve sensores quânticos desde 2004.
Como funciona
A IMU usa uma técnica de detecção quântica chamada interferometria atômica para detectar rotação e aceleração usando átomos, fornecendo precisão e exatidão de navegação sem uma referência de GPS.
A IMU consiste em três sensores inerciais quânticos, cada um dos quais mede as acelerações e rotações de um único eixo da aeronave. A IMU monitora a trajetória percorrida pela aeronave desde sua posição inicial. Os engenheiros da Boeing integraram os sensores inerciais quânticos com sensores e hardware adicionais para garantir um desempenho confiável em voo. O resultado foi o primeiro sistema de navegação quântico desse tipo conhecido.
Rápido para quântico
“A capacidade de operar com segurança em ambientes sem GPS é crucial tanto para aplicações de defesa quanto comerciais”, disse Todd Citron, diretor de tecnologia da Boeing. “Este teste de voo demonstra a abordagem inovadora da Boeing para alavancar tecnologias quânticas em desafios operacionalmente relevantes.”
A rápida iteração e os testes permitiram que a equipe da Boeing e da AOSense avançasse a tecnologia de três sensores de eixo único operando em ambiente de laboratório para uma IMU quântica operando em voo em um período de apenas 15 meses. Durante esse período, a equipe conduziu diversos testes em laboratório, em veículo terrestre e em voo, cada um com foco na identificação de melhorias para aumentar a capacidade e a confiabilidade do sensor.
“Esses avanços rápidos indicam grande potencial para que os sensores quânticos façam parte da próxima geração de sensores de navegação”, disse Jay Lowell, principal pesquisador técnico sênior da Boeing e gerente de pesquisa em tecnologia quântica. “Este teste de voo é um primeiro passo histórico nessa direção.”
Rastreador de estrelas
Os voos também testaram o software All Source Positioning, Navigation and Timing (ASPNT) da Boeing. O software combina informações de diversas modalidades de sensoriamento de navegação sem GPS, incluindo navegação baseada em visão, navegação com referência ao terreno, navegação com referência a anomalias gravitacionais, navegação com referência a anomalias magnéticas, um rastreador de estrelas e sinal de oportunidade (SOOP) em vários níveis de prontidão tecnológica.
Além da IMU quântica, os voos testaram dois outros sensores: o AQNav, um sistema de navegação quântica full-stack da SandboxAQ, e um rastreador estelar com capacidade para uso diurno, desenvolvido pela Boeing em conjunto com os Laboratórios HRL. O emparelhamento do AQNav com o rastreador estelar foi fundamental para o desenvolvimento da tecnologia de navegação referenciada por anomalias magnéticas.
O rastreador estelar forneceu referências precisas de atitude e posição para auxiliar nos testes de voo. A tecnologia de infravermelho de ondas curtas (SWIR) do rastreador estelar também é um desenvolvimento único. Comparado aos rastreadores estelares usados em sistemas militares há 50 anos, o sistema projetado pela Boeing é menor, pesa menos, consome uma fração da energia e apresenta melhor desempenho.
Dois telescópios, juntamente com as câmeras SWIR, formam a parte principal do rastreador estelar. O rastreador estelar é montado próximo a uma janela personalizada transparente à luz SWIR, permitindo o funcionamento do rastreador.
Medição magnética
O AQNav utiliza o campo magnético da Terra para comparar medições em tempo real com um campo magnético pré-mapeado. Essa abordagem, combinada com os dados da IMU, ancora significativamente a deriva da IMU, limitando potenciais erros de navegação por meio de um processo que correlaciona a trajetória da aeronave com os dados magnéticos observados.
O AQNav ajuda a garantir que os desvios de navegação permaneçam dentro de uma margem operacional. Isso resulta em um sistema de navegação alternativo altamente confiável e preciso que reduz efetivamente o acúmulo de erros ao longo do tempo, o que é crucial para voar em áreas onde os sinais de GPS não estão disponíveis. Projetado para ser inviolável, inalterável, 24 horas por dia, independente de condições climáticas e terrenos, o AQNav é uma tecnologia passiva que opera em segundo plano, sem interação do usuário.
“Os rápidos avanços foram significativamente acelerados graças à abordagem colaborativa da Boeing e à sua excepcional capacidade de integração com o SandboxAQ”, disse Eddie Rodriguez, engenheiro sênior de hardware da AQNav. “Essa forte parceria, aliada à nossa expertise em modelagem de inteligência artificial, nos permitiu entregar um sistema aprimorado e demonstrar suas capacidades em apenas seis meses.”
O que vem a seguir
A Boeing realizará uma série de testes de laboratório para ajudar a entender como os sensores de navegação quântica da IMU se comportam sob certas condições ambientais, como temperatura e vibração. Esses testes fornecerão dados para que os engenheiros da Boeing e da AOSense aprimorem o desempenho, a robustez e a confiabilidade do sistema de navegação quântica .
Fonte e foto capa: Boeing
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