Mnohá námořnictva světa hodlají zařadit mezi svá plavidla autonomní ponorky. Důvodů je celá řada, od rychlého znásobení vlastních sil a uvolnění ponorek s posádkou pro jiné mise, až po možnost nasazovat takové ponorky do vysoce rizikových akcí, aniž by byli ohroženi lidští námořníci.
Autonomní ponorky sice také nejsou úplně levné, ale stále jsou oproti ponorkám s posádkou podstatně méně nákladné na stavbu i provoz. Jsou relativně postradatelné, a také jsou mnohem kompaktnější, protože nepotřebují žádné systémy ani prostory pro posádku. Jsou vlastně omezené pouze zdrojem energie. Pokud by je poháněl jaderný reaktor, mohly by teoreticky operovat pod hladinou až do vyřazení z provozu.
Koncept trvale ponořených autonomních ponorek má ale jeden háček. Jde o navigaci. Prakticky všechny lodě dnes spoléhají na GPS navigaci či podobné satelitní navigační systémy. Jenomže když ponorky operují pod periskopovou hloubkou, nemohou přijímat rádiové signály, tedy ani GPS. Proto jsou vybavené inerciálním navigačním systémem, který využívá soustavu gyroskopů, podobných akcelerometrům v chytrém telefonu. Společně s přesnými hodinami měří pohyby ponorky a určují tím, kde se ponorka zrovna nachází.
Potíž je v kumulaci chyb. Hodiny a gyroskopy jsou sice velmi přesné, ale nikoliv nekonečně přesné. V systému se postupně hromadí nepatrné chyby a ponorka stále více vzdaluje od vypočítané polohy, s čímž samozřejmě roste riziko, že se něco stane.
Royal Navy experimentují s kvantovými navigačními systémy Quantum Positioning and Timing, vybavené na optickými atomovými hodinami Infleqtion Tiqker. Tyto kvantové hodiny jsou založené na jediném atomu rubidia-87, který vibruje na frekvenci 10tisíckrát vyšší než konvenční mikrovlnné hodiny. Takové hodiny se zpozdí o sekundu za 30 miliard let.
Velkou výhodnou kvantových hodin je, že nejsou příliš velké. S objemem asi 30 litrů a hmotností 30 kg se v pohodě vejdou i na robotickou ponorku XV Excalibur, na kterou je britské námořnictvo poprvé na světě instalovalo. Jak si všichni pochvalují, testy dopadly úspěšně. Zdá se, že Royal Navy budou mít kvantovou operační výhodu.
Video: Royal Navy adds new uncrewed AI sub Excalibur to its arsenal
Literatura
Převratná mionová navigace uspěla v prvním testu
Autor: Stanislav Mihulka (20.06.2023)
Kvantová navigace pomůže letounům proti útokům falešným GPS signálem
Autor: Stanislav Mihulka (21.05.2024)
Bezpilotní raketoplán X-37B otestuje kvantovou navigaci
Autor: Stanislav Mihulka (15.08.2025)
Diskuze:
Docela by mě zajímalo,
Miroslav Gretschelst,2025-11-05 03:09:57
jak taková slepá ponorka eleminuje posun vlivem mořských proudů. Nějak mi to z článku nedochází.
Přesný čas?
Pavel Nedbal,2025-11-04 22:40:58
Správně je, že inerciální navigace ztrácí přesnost;
ale myslím, že samo měření času byť sebepřesnější, nestačí, nepřesnosti ze setrvačníků (změny a odečty jejich polohy) budou rozhodující. Současné měření času je jistě dostačující.
Re: Přesný čas?
David Jelínek,2025-11-04 22:55:21
Co říkáte mi taky dávalo smysl, ale proč by jinak námořnictvo vynakládalo na kvantové hodiny nemalé prostředky? Zeptal jsem se Gemini AI a tohle z ní vypadlo:
Inerciální navigační systém v podstatě dělá dvě věci:
Měří orientaci: Pomocí gyroskopů zjišťuje, jak se ponorka otáčí (náklon, směr atd.).
Měří zrychlení: Pomocí akcelerometrů měří, jakým směrem a jak rychle zrychluje (dopředu, nahoru, do boku...).
A teď přichází ten klíčový bod: Jak získáte polohu ze zrychlení?
Musíte provést matematickou operaci zvanou dvojitá integrace podle času:
Zrychlení × čas = Rychlost
Rychlost × čas = Vzdálenost (změna polohy)
Tento výpočet se provádí neustále, tisíckrát za sekundu. Systém v podstatě říká: "Poslední milisekundu jsem zrychloval tímto směrem, takže moje rychlost se změnila o tolik a moje poloha se posunula o tolik."
2. Kde vzniká chyba (a role hodin)
Jak jste správně poznamenal, senzory (gyroskopy a akcelerometry) nejsou dokonalé a mají tzv. drift. To je hlavní zdroj chyby.
Existuje ale i druhý zásadní zdroj chyby: hodiny.
Představte si ten výpočet výše (Rychlost×čas). Pokud je vaše měření "času" (jak dlouhý byl ten zlomek sekundy, za který měříte) jen o nepatrný kousek vedle, tato chyba se při výpočtu rychlosti znásobí. A pak se tato (už chybná) rychlost znovu násobí (opět mírně nepřesným) časem, aby se získala poloha.
Chyba v čase se tedy násobí dvakrát (kvůli dvojité integraci) a kumuluje se extrémně rychle.
Příklad s "obyčejnými" hodinami: I velmi dobré hodiny řízené krystalem (jako ve vašich hodinkách nebo počítači) se zpozdí nebo zrychlí o několik sekund za měsíc, nebo dokonce za den. Pro navigaci je to naprosto nepoužitelné. Během jediné hodiny by chyba v určení polohy jen kvůli nepřesnosti hodin narostla na kilometry.
Standardní atomové hodiny (mikrovlnné): Ty jsou mnohem lepší, ale stále mají drift. Po několika dnech nebo týdnech bez korekce (např. vynořením a příjmem signálu GPS) by i jejich drobná časová odchylka způsobila významnou navigační chybu.
3. Řešení: Kvantové (optické) hodiny
Tyto nové kvantové hodiny, jak je popsáno v článku (1 sekunda za 30 miliard let), mají prakticky nulovou chybu měření času.
Co to znamená pro ponorku: Eliminují jeden ze dvou hlavních zdrojů chyby. Celková chyba navigace se zjednoduší na:
Chybacelkovaˊ=Chybasenzoru˚+Chybahodin
Když se Chybahodin stane zanedbatelně malou, jediným zdrojem nepřesnosti zůstává už jen fyzický drift samotných senzorů (akcelerometrů a gyroskopů).
To umožňuje ponorce zůstat pod vodou a spoléhat na svou inerciální navigaci po mnohem delší dobu (týdny, možná měsíce) s přijatelnou přesností, než by se musela vynořit pro opravu polohy pomocí GPS, čímž riskuje odhalení.
Ve zkratce: Kvantové hodiny neopravují chyby senzorů, ale odstraňují chybu měření času, která by jinak výpočet polohy úplně znehodnotila.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
