Weltraum: X-37B testet Quanten-Navigationssystem
Der US-Raumgleiter X-37B soll am 22. August 2025(öffnet im neuen Fenster) zwischen 5:50 Uhr und 9:30 Uhr (MESZ), vom Kennedy Space Center in Florida zu seinem achten Flug aufbrechen. Wie lange er diesmal im Weltraum verweilen wird, ist unklar.
Auch viele seiner Aufgaben stehen unter Geheimhaltung. Jedoch ist aus den vorherigen Missionen bekannt, dass der X-37B als Plattform für hochmoderne Experimente dient.
Eines dieser Experimente ist eine mögliche Alternative zu GPS, die die Quantentechnologie als Navigationsinstrument nutzt: ein Quanten-Inertialsensor(öffnet im neuen Fenster) . Auch wenn satellitengestützte Systeme wie GPS in unserem täglichen Leben allgegenwärtig sind, stehen sie nicht in allen Bereichen zur Verfügung oder sind nur eingeschränkt nutzbar.
Die Ungenauigkeit von Navigationssystemen
Im Weltraum, insbesondere jenseits der Erdumlaufbahn, werden die GPS-Signale unzuverlässig oder verschwinden einfach. Das Gleiche gilt unter Wasser, wo U-Boote überhaupt keinen Zugang zu GPS haben. Selbst auf der Erde können GPS-Signale gestört (blockiert), gespooft (lässt einen GPS-Empfänger glauben, er befinde sich an einem anderen Ort) oder deaktiviert werden.
Herkömmliche Inertialnavigationssysteme (INS), die mithilfe von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen die Beschleunigung und Drehung eines Fahrzeugs messen, ermöglichen eine unabhängige Navigation. Sie können Positionen schätzen, indem sie verfolgen, wie sich das Fahrzeug über die Zeit bewegt. Ohne visuelle Hinweise häufen sich jedoch mit der Zeit kleine Fehler an, so dass sie ihre Orientierung verlieren.
Dasselbe gilt für klassische Trägheitsnavigationssysteme: Wenn sich kleine Messfehler ansammeln, driften sie allmählich vom Kurs ab und benötigen Korrekturen durch GPS oder andere externe Signale.
Quantennavigation als Lösung?
Die Quantennavigation könnte die Steuerung von Raumfahrzeugen, Flugzeugen , Schiffen und U-Booten in solchen Umgebungen revolutionieren. Der Quanten-Inertialsensor an Bord der X-37B verwendet eine Technik namens Atominterferometrie, bei der Atome auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, so dass sie sich wie Wellen verhalten.
Mithilfe fein abgestimmter Laser wird jedes Atom in einen Überlagerungszustand aufgespalten, so dass es sich gleichzeitig auf zwei Wegen bewegt, die dann wieder zusammengeführt werden.
Da sich das Atom in der Quantenmechanik wie eine Welle verhält, interferieren diese beiden Pfade miteinander, wodurch ein Muster entsteht, das den sich überlagernden Wellen auf dem Wasser ähnelt. In diesem Muster sind detaillierte Informationen darüber verschlüsselt, wie die Umgebung des Atoms seinen Weg beeinflusst hat. Insbesondere kleinste Bewegungsänderungen wie die Drehung oder Beschleunigung eines Sensors hinterlassen in diesen atomaren Wellen erkennbare Spuren.
Da die Atome identisch sind und sich im Gegensatz zu mechanischen Komponenten oder Elektronik nicht verändern, sind sie weit weniger anfällig für Drift oder Verzerrungen. Dadurch bietet das System eine höhere Empfindlichkeit. Das Ergebnis ist eine dauerhafte und hochpräzise Navigation ohne externe Referenzen.