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 atomech rubidia-87, vibrujících 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:
Bez radiovych vln sa to neda ovladat.
Radoslav Pořízek,2025-11-08 18:09:26
> 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.
Na co by komu bola dobra autonomne operujuca ponorka, ktorej sa neda zadat ziaden prikaz, kedze nemoze nemoze prijmat radiove vlny?
Pokial to ma byt bojova jednotka, musi sa pomerne casto vynarat do hlbky, kde sa jej da zadat rozkaz.
Superdlhymi vlnami to sice ide aj do vacsich hlbok (treba mat obrovitansky vysielac), al e v pricipe ked je uz tesne pod vodou, tak si moze chytit aj te GPS, napriklad pomocou nejakej boje, ktoru vynori do potrebnej hlbky.
Kvantove hodiny?
Radoslav Pořízek,2025-11-08 10:18:51
Kvantove a atomove nie su terminy z rovnakym vyznamom.
Mohli by ste si to v clanku opravit, znalym to dost dobe do oci.
Hodiny su atomove.
Gyroskop je kvantovy.
Kavntove hodiny a atomovy gyroskop su nezmyselne spojenia.
Jiri Kamecek,2025-11-05 19:23:36
Stejně si myslím, že všechny mořské velmoci o poloze všech ponorek neustále ví. Není jich tolik, a nějak nemůžu uvěřit , že 150m dlouhá ponorka 100 m pod vodou je z družice neviditelná přes celé elm pásmo od infra až po gama.
Jiri Kamecek,2025-11-05 19:02:40
Atomové hodiny se rozejdou o 1s za 300 milionů let. To znamená, že se spoždují? Pak by se toto spoždění dalo do výpočtu zohlednit v každé milisekundě výpočtu polohy. Pokud je to náhodné někdy se zrychlí, někdy zpomalí, tak by se to mělo ve velkém množství výpočtů změn polohy a rychlosti eliminovat samo. Anebo je tam nějaká známá závislost toho nesouladu třeba na rychlosti,zrychlení, teplotě atd . I to by mělo jít odstranit výpočtem.
velikost chyby
Jaromir Vrana,2025-11-05 10:55:49
Vedel by nekdo presneji, o jak velke chybe se bavime? Treba kdyz je ponorka nekolik mesicu pod vodou, o kolik se lisi jeji skutecne poloha od te vypocitane? AI rika ze to jsou i desitky kilometru a nastesti si ponorka "resetuje" pozici podle znacek a utvaru na dne more.
Re: velikost chyby
Milan Štětina,2025-11-05 13:20:43
Před několika lety jsem byl na jakési veřejné přednášce, kde mluvil člověk, který to řeší do letadel (ty sice primárně jedou podle GPS, ale při výpadku/rušení potřebují záložní systém) a ten říkal, že obvyklá/požadovaná chyba je 2 námořní míle za hodinu, přičemž chyba se zvětšuje s 3 mocninou času (tj. po 6 minutách = 0.1h lze očekávat chybu 3.7m, ale po 10h 2000 mil). Taky říkal, že ponorky mají mechanický setrvačník, který je přesnější (ale už nevím o kolik).
Re: Re: velikost chyby
Petr Pavlata,2025-11-07 09:22:04
Mechanicke (mil grade) 0.0005–0.1 °/h
FOG -interferometrie ve vlákně (Sagnac) 0.0001–0.01 °/h
RLG -ring-laser (Sagnac) - 0.00001–0.001 °/h
HRG - hemispherical resonator 0.00001–0.001 °/h
Re: velikost chyby
Matěj Jánský,2025-11-08 01:58:04
Není to paradox, že se nakonec stejně ptáte lidských bytostí na pravdu (realitu)?
Takových miliard dolarů za vývoj a penetraci AI do lidského světa a kdo ji z rozumných lidí věří, že? Přitom odpověď na dotaz vygeneruje za pár vteřin, a mohla by být (AI) vážně reálně přínosná, jak si ten svět pos.ráme...
Chyby inerciální navigace
Milan Štětina,2025-11-05 10:35:56
Jak už bylo zmíněno v diskusi, tak chyb je několik:
- chyba měření zrychlení akcelerometry
- chyba měření úhlové rychlosti gyroskopy (ať už mechanická nebo optická - před cca 10 lety mi člověk, který se tím zabývá říkal, že mechanické gyroskopy jsou tuším o řád přesnější, než optické, ale zase do letadla nebo malé ponorky se ty velké a těžké setrvačníky nevejdou; nevím, jestli se v tomto něco za posledních 10 let změnilo, ale očekával bych, že případné zpřesnění bude u obou metod podobné)
- chyba měření času (musí se integrovat úhlová rychlost a zrychlení dokonce dvakrát; tuhle chybu zmenšují nové hodiny)
- chyba znalosti varu Zeměkoule/geoidu; akcelerometr totiž ukazuje, že zrychlujete cca 9.81 m/s^2 směrem do středu Země - tohle gravitační zrychlení se musí odečíst, ale je v každém místě planety trochu jiné (jsou metody pro hledání nerostných surovin, které tyto odchylky využívají); z tohoto jsou pokud vím největší chyby, ale třeba to geologové nějak zpřesnili
Dále je ještě problém, že ponorce musíte nějak zadat úkol a většinou i převzít výsledky (jinak je ponorka celkem k ničemu), což u ponorky hluboko v oceánu je obtížné. Rádiové vln jdou jen omezeně (velmi dlouhé vlny, přenosová rychlost v jednotkách bitů za minutu), ještě možná by šlo akusticky, ale spíše jen na menší vzdálenosti.
To podstatné
J. Trochta,2025-11-05 08:27:04
Nebyl bych takový puntíčkář jako Petr Petr, ono je v podstatě jedno, zda se uvede, že je princip na atomu rubidia, nebo atomech rubida. Rozhodující, a to nové na tom je, že se jim to podařilo vše vměstnat do třicetilitrové krabice a to je fakt pecka. Tam technici zamakali a otevřeli tím dveře do mnohem širšího pole využití…. A pokud to tak půjde se zmenšováním dál … tak bych si do svého auta taky jedny pořídil. Robotaxi se tím také staly blíž realitě…
Re: To podstatné
Leoš Fuchsa,2025-11-05 08:54:58
Souhlas, ta miniaturizace (oproti těm stávajícím monstrům) je fascinující. Připomíná to zmenšování čipů. Budoucí využití skýtá podobnou revoluci a nejen v dopravě.
Nepřesnost
Petr Petr,2025-11-05 05:21:02
Aneb, novinářská kachna:
"Tyto kvantové hodiny jsou založené na jediném atomu rubidia-87,"
Na jednom atomu hodiny nebývají založené, leda na jednom iontu...
New Atlas:
"this quantum clock uses a single atom of Rubidium-87"
odkazujíc na
https://infleqtion.com/tiqker/
kde o jediném atomu není ani slovo a je tam odkaz na
https://www.ion.org/itm/abstracts.cfm?paperID=12892
kde je psáno:
"The 778 nm laser is used for Doppler-free interrogation of a warm vapor of 87Rb atoms,"
takže obyčejné Rb hodiny s parou s mnoha atomy...
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.
Re: Docela by mě zajímalo,
Alex Alex,2025-11-05 09:33:34
Jednoducho. je to identické ako jej vlastný pohyb.
Re: Re: Docela by mě zajímalo,
Jiri Kamecek,2025-11-05 19:06:15
Jak poznáte, že jste v proudu který vás i všechno okolo vás nese. GPS nemáte a radar či sonar kvůli prozrazení použít nemůžete.
Re: Re: Re: Docela by mě zajímalo,
Martin Novák2,2025-11-05 20:15:34
To gyro neměří změny proti okolí ponorky. To gyro měří změny proti Higgsovu poli :-)
Takže je úplně jedno jestli s ponorkou hýbá proud, motor nebo rotace země. Protože ale měří jenom změny, stejnoměrný pohyb jako oběh kolem slunce se vyruší.
Takže při vplutí do proudu se zaregistruje změna a od té chvíle počítač měří pohyb proudu s ponorkou až do další změny při vyplutí z proudu.
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.
Re: Re: Přesný čas?
Jiri Kamecek,2025-11-05 19:07:22
Atomové hodiny se rozejdou o 1s za 300 milionů let. To znamená, že se spoždují? Pak by se toto spoždění dalo do výpočtu zohlednit v každé milisekundě výpočtu polohy. Pokud je to náhodné někdy se zrychlí, někdy zpomalí, tak by se to mělo ve velkém množství výpočtů změn polohy a rychlosti eliminovat samo. Anebo je tam nějaká známá závislost toho nesouladu třeba na rychlosti,zrychlení, teplotě atd . I to by mělo jít odstranit výpočtem
Re: Re: Re: Přesný čas?
Ivo Hlavůněk,2025-11-06 10:40:23
To je maximální hodnota chyby stanovená s nějakou vysokou pravděpodobností. Takže ta hodnota chyby může být +1, -1, nebo cokoliv mezi tím. A s velmi malou pravděpodobností i nějaká úplně jiná hodnota.
Re: Re: Re: Přesný čas?
Jirka Novotný,2025-11-06 22:31:20
Nikdo neví, jestli se atomové hodiny předcházejí nebo zpožďují, protože je není s čím srovnat. Tomu údaji "1s za 300 milionů let" je potřeba rozumět tak, že když máte třeba 10 stejných atomových hodin, tak se budou rozcházet; nejrychlejší a nejpomalejší se budou lišit třeba o 3ns za rok. Pak se dá prohlásit, že se ten typ hodin rozejde o 1s za 300 milionů let, za předpokladu, že se budou odchylovat pořád stejným tempem. Ale které z těch 10ti hodin jdou nejpřesněji se nedá určit. K tomu veselá poznámka, že trubice cesiových hodin vydrží v provozu asi 5 let, pak už se všechno cesium přemístí na katodu a trubice jako zdroj přesné frekvence 9192631770Hz se musí vyměnit.
Světový "atomový" čas se určuje jako vážený průměr z mnoha hodin z celého světa. Ale srovnat konkrétní kus hodin s tím světovým průměrem taky nedává smysl, protože tempo odchylování konkrétních hodin se mění.
Ale s tou navigací to stejně nechápu. Atomové hodiny jsou tak extrémně přesné a stabilní, že ve výpočtu pozice musejí jejich odchylky hrát úplně zanedbatelnou roli. A i kdyby šly úplně špatně, tak by skutečně stačilo zahrnout do výpočtu příslušnou opravu. Asi jako se započítávají relativistické vlivy u GPS. Něco mi uniká...
Re: Re: Re: Re: Přesný čas?
Jiri Kamecek,2025-11-07 18:24:04
Zakopaný pes je v tom načítání. Pokud by se měřilo každou milisekundu tak je to 3 600 000 měření za hodinu, za 30 dní je to 2 592 000 000 měření, kde sice muže být jen max chyba 1 / 9461x10na12 s pro jedno měření času, jenže ta se nesčítá lineárně, ale chyba dráhy z prvního špatného měření času se připočte nejen k chybě dráhy druhého špatného měření času, ale také + k tomu špatně spočtená rychlost z prvního měření x druhý čas a tak dál
Navíc pro dráhu je tam čas v mocnině, což tu chybu ještě zvětšuje
Pro zjednodušení je zrychlení a pořád stejný.
s1=v0t1+ 1/2at1^2 ,
s2=v1t2 + 1/2at2^2 kde v1 už má chybu z at1
s3=v2t3 + 1/2at3^2 kde v2 už má chybu z at1 a take z at2
atd
Re: Re: Přesný čas?
Radoslav Pořízek,2025-11-08 10:38:29
> Co říkáte mi taky dávalo smysl, ale proč by jinak námořnictvo vynakládalo na kvantové hodiny nemalé prostředky?
AI trepe nezmysly, ako vzdy.
Atomove hodiny su prilis presne, aby boli potrebne na ratanie polohy zo zrychlenia.
Takato presnost sa da vyuzit na meranie zmeny intezity gravitacneho pola, ktore hodiny nepatrne zrychluje a zpomaluje.
Uz velmi davno som zachytil, ze vojenske ponorky dokazu vidiet vo vode bezprostredne prakazky gravitacne: maju odlisnu hustotu od vody a teda vytvaraju nepatrne zmeny v gravitacnom poli, ktore ponorka detekuje.
Re: Přesný čas?
Petr Pavlata,2025-11-05 00:20:03
Žádné setrvačníky už se nepoužívají.
Gyra jsou optická, využívající Sagnacova jevu.
Re: Re: Přesný čas?
Radoslav Pořízek,2025-11-08 10:45:25
Dakujem za potvrdenie, tiez mi to prisiel ako velky nezmysel, ze by sa este niekde pouzivali standartne mechanicke zotrvacniky, ako pri letoch na Mesiac.
Ako vlastne dneska vyzeraju sucasne lacne gyroskopy s presnostou 1 stupen na par hodin?
Je to nieco, co by som sa dalo dokupit do auta, alebo na bycikel, aby mi to ukazovalo akutalne stupanie/klesanie (a teda aj smer jazdy) ?
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
