Un plan d’espace militaire américain, le véhicule d’essai orbital X-37B, devrait se lancer dans son huitième vol dans l’espace le 21 août 2025. Une grande partie de ce que le X-37B fait dans l’espace est secret. Mais il sert en partie de plate-forme pour des expériences de pointe.
L’une de ces expériences est une alternative potentielle au GPS qui utilise la science quantique comme outil de navigation: un capteur inertiel quantique.
Les systèmes par satellite comme le GPS sont omniprésents dans notre vie quotidienne, des cartes de smartphones à l’aviation et à la logistique. Mais le GPS n’est pas disponible partout. Cette technologie pourrait révolutionner comment les engins spatiaux, les avions, les navires et les sous-marins naviguent dans des environnements où le GPS n’est pas disponible ou compromis.
Dans l’espace, en particulier au-delà de l’orbite de la Terre, les signaux GPS deviennent peu fiables ou disparaissent simplement. Il en va de même pour s’appliquer sous l’eau, où les sous-marins ne peuvent pas accéder au GPS du tout. Et même sur terre, les signaux GPS peuvent être coincé (bloqué), usurpé (faire penser à un récepteur GPS dans un endroit différent) ou handicapé – par exemple, lors d’un conflit.
Cela fait de la navigation sans GPS un défi essentiel. Dans de tels scénarios, avoir des systèmes de navigation qui fonctionnent indépendamment de tout signal externe devient essentiel.
Traditionnel systèmes de navigation inertielle (INS), qui utilisent des accéléromètres et des gyroscopes pour mesurer l’accélération et la rotation d’un véhicule, fournissent une navigation indépendante, car ils peuvent estimer la position en suivant la façon dont le véhicule se déplace au fil du temps. Pensez à vous asseoir dans une voiture les yeux fermés: vous pouvez toujours ressentir des virages, des arrêts et des accélérations, que votre cerveau intègre pour deviner où vous êtes au fil du temps.
Finalement, cependant, sans signaux visuels, de petites erreurs s’accumuleront et vous perdrez entièrement votre positionnement. Il en va de même avec les systèmes de navigation inertielle classiques: à mesure que les petites erreurs de mesure s’accumulent, elles dérivent progressivement et ont besoin de corrections de GPS ou d’autres signaux externes.
Où quantum aide
Si vous pensez à physique quantiquece qui peut vous venir à l’esprit est un monde étrange où les particules se comportent comme des vagues et le chat de Schrödinger est à la fois mort et vivant. Ces expériences de pensée décrivent vraiment comment les petites particules comme les atomes se comportent.
À des températures très basses, les atomes obéissent aux règles de la mécanique quantique: elles se comportent comme des vagues et peuvent exister simultanément dans plusieurs états – deux propriétés qui se trouvent au cœur des capteurs inertiels quantiques.
Le capteur inertiel quantique à bord Le X-37B utilise une technique appelée interférométrie atomiqueoù les atomes sont refroidis à la température du zéro presque absolu, ils se comportent donc comme des vagues. En utilisant des lasers affinés, chaque atome est divisé en ce qu’on appelle un état de superposition, similaire au chat de Schrödinger, de sorte qu’il se déplace simultanément le long de deux chemins, qui sont ensuite recombinés.
Étant donné que l’atome se comporte comme une onde en mécanique quantique, ces deux chemins interfèrent les uns avec les autres, créant un motif similaire aux ondulations qui se chevauchent sur l’eau. Encodé dans ce modèle se trouve des informations détaillées sur la façon dont l’environnement de l’atome a affecté son parcours. En particulier, les plus petits changements en mouvement, comme les rotations ou les accélérations du capteur, laissent des marques détectables sur ces « vagues » atomiques.
Par rapport aux systèmes de navigation inertielle classiques, les capteurs quantiques offrent des ordres de grandeur une plus grande sensibilité. Parce que les atomes sont identiques et ne changent pas, contrairement aux composants mécaniques ou à l’électronique, ils sont beaucoup moins sujets à la dérive ou au biais. Le résultat est une longue durée et une navigation à haute précision sans avoir besoin de références externes.
La prochaine mission X-37B sera la première fois que ce niveau de navigation quantique est testé dans l’espace. Missions précédentes, comme Laboratoire d’atomes froids de la NASA et Maius-1 de l’Agence spatiale allemandeont volé des interféromètres d’atome dans les vols en orbite ou sous-orbitaux et ont réussi à démontrer la physique derrière l’interférométrie de l’atome dans l’espace, mais pas spécifiquement à des fins de navigation.
En revanche, l’expérience X-37B est conçue comme une unité de navigation inertielle compacte, haute performance et résiliente pour les missions de longue durée du monde réel. Il déplace l’interférométrie des atomes hors des domaines de la science pure et dans une application pratique pour l’aérospatiale. C’est un grand saut.
Cela a des implications importantes pour les vols spatiaux militaires et civils. Pour la force spatiale américaine, il représente une étape vers une plus grande résilience opérationnelle, en particulier dans les scénarios où les médecins généralistes pourraient être refusés. Pour une future exploration de l’espace, comme la lune, Mars ou même l’espace profond, où l’autonomie est la clé, un système de navigation quantique pourrait servir non seulement de sauvegarde fiable, mais même en tant que système primaire lorsque les signaux de la Terre ne sont pas disponibles.
La navigation quantique n’est qu’une partie de la vague actuelle et plus large de technologies quantiques passant de la recherche en laboratoire dans les applications du monde réel. Alors que l’informatique quantique et la communication quantique volent souvent les titres, des systèmes comme les horloges quantiques et les capteurs quantiques sont probablement les premiers à voir une utilisation généralisée.
Des pays tels que les États-Unis, la Chine et le Royaume-Uni investissent massivement dans la détection quantique inertielle, les récents tests aéroportés et sous-marins montrant une forte promesse. En 2024, Boeing et Aosense ont dirigé le monde Premier test de navigation inertique quantique en vol À bord d’un avion à équipage.
Cela a démontré une navigation sans GPS continue pendant environ quatre heures. La même année, le Royaume-Uni a dirigé son premier public reconnu publiquement test en vol de navigation quantique sur un avion commercial.
Cet été, la mission X-37B mettra ces avancées dans l’espace. En raison de sa nature militaire, le test pourrait rester silencieux et non publié. Mais s’il réussit, on pourrait se rappeler car le moment où la navigation spatiale a fait un bond en avant.
Cet article édité est republié à partir de La conversation sous une licence créative Commons. Lire le article original.
