Il est indéniable que le GPS et les applications de cartographie sur nos téléphones portables ont considérablement affecté la société, y compris l'armée. Pourtant, même leur utilisation a des limites sur la portée et les capacités. Aujourd'hui, la science va au-delà des attentes pour se rendre dans des endroits éloignés où le GPS n'a aucune portée. Fin septembre, l'Office of Naval Research (ONR) Global a sélectionné et cofinancé avec le Commandement du développement de l'armée américaine la proposition gagnante de son deuxième défi annuel Global-X, qui appelait à des projets internationaux pour combler les lacunes en matière de capacités aux hautes latitudes (Polar Régions).

Le projet gagnant est une équipe composée de chercheurs du Japon, du Royaume-Uni, des États-Unis et de Finlande, dirigée par le Dr Chris Steer de Geoptic Infrastructure Investigations Limited (Royaume-Uni), et cherchera à montrer en neuf mois une preuve de concept d'un système de navigation alternatif dans l'Arctique en utilisant des muons avec une précision égale à celle du GPS. Ils utiliseront une source naturelle de rayonnement appelée muons de rayons cosmiques comme alternative aux signaux GPS dérivés des satellites. L'aspect unique de ce travail est que ces particules subatomiques traversent la roche, les bâtiments et la terre, des zones où les communications GPS ne peuvent pas être reçues.

Le directeur scientifique principal de l'ONR Global pour ce projet, le Dr Charles Eddy, a déclaré :« La capacité de naviguer dans les régions polaires sera d'une importance croissante dans les décennies à venir, car le changement climatique ouvre les voies navigables de l'Arctique aux activités commerciales et militaires. , qui utilise des particules cosmiques relativistes qui empiètent en permanence sur toute la surface de la Terre, offre une approche innovante au défi de la navigation à des latitudes élevées avec peu ou pas de service GPS."

Sur la même ligne, le Dr Steer a commenté :"Comme l'écholocation, la différence de synchronisation entre les 'pings' - les signaux d'un muon traversant dans nos détecteurs - peut permettre à l'utilisateur de mesurer la distance d'un détecteur à un autre avec plusieurs détecteurs permettant la localisation par triangulation. La technique a déjà été testée en laboratoire auparavant, où le processus de conversion des temps de passage des particules pour déduire la position d'un détecteur a été démontré avec succès."

Défis, opportunités et applicabilité future

Après avoir initialement testé le système dans un grand réservoir d'immersion dans l'eau au Royaume-Uni, le projet se déplacera en Finlande pour se déployer dans un lac arctique recouvert d'un mètre de glace. À ces latitudes élevées, les mesures GPS conventionnelles sont problématiques en raison de leurs contraintes orbitales.

D'un point de vue scientifique, un défi important est le développement d'un certain nombre de capteurs étroitement spécifiés, tels qu'un ensemble hautement synchronisé d'horloges distribuées (à mieux que 10 milliardièmes de seconde), afin de minimiser l'incertitude de position déduite, et leur intégration. avec les détecteurs de muons. Pour rendre les choses encore plus difficiles, a déclaré Steer, "nous devons également déployer notre système dans des conditions météorologiques arctiques (généralement -20 degrés Celsius), dans un environnement isolé et partiellement sous l'eau. L'environnement froid a des implications sur de nombreux aspects du projet de personnel pour s'assurer que l'électronique résiste au froid."

Les opportunités scientifiques abondent et s'étendent bien au-delà de l'environnement sous-marin, car l'exploitation dans des environnements sans GPS est un problème si courant. "La mer est largement transparente aux muons des rayons cosmiques, nous nous attendons donc à ce qu'il y ait un certain nombre d'opportunités de navigation scientifique sous-marine. De même, comme les muons des rayons cosmiques sont très pénétrants et capables de traverser plusieurs dizaines à centaines de mètres de roche, il est possible de voir que cette technologie a également de fortes opportunités dans les tunnels et autres environnements souterrains », a poursuivi Steer.

L'avenir est extrêmement prometteur pour cette ligne de recherche étant donné que la recherche de position est fondamentale dans de nombreux domaines de la science, de l'ingénierie et de l'industrie. Bien qu'il s'agisse généralement d'un aspect très positif, "la large applicabilité peut également être un problème gênant, car une application ciblée est souvent nécessaire pour progresser", a déclaré Steer. "Par conséquent, la prochaine étape après ce projet serait de comprendre les besoins de positionnement des utilisateurs finaux, de sélectionner la solution la mieux adaptée à notre système de mesure de positionnement et de faire mûrir la technologie en fonction de leurs besoins."

La portée potentielle est large et la technologie du projet est transformatrice pour le positionnement à l'intérieur des tunnels, et sur terre ou sous l'eau à des latitudes élevées.

À propos de Global-X

Le but du Global-X Challenge est de découvrir, de perturber et finalement de fournir un catalyseur grâce à la recherche fondamentale et appliquée pour le développement ultérieur et la fourniture de capacités révolutionnaires à la marine et au corps des marines américains, au marché commercial et au public.

ONR Global parraine des efforts scientifiques en dehors des États-Unis, travaillant avec des scientifiques et des partenaires du monde entier pour découvrir et faire progresser les capacités navales.