미국 샌디아 국립연구소가 티타늄과 사파이어로 만든 아보카도 크기의 진공실을 개발 중인데 언젠가는 위성이 필요 없이 양자역학 센서를 이용해 GPS 수준의 항법을 제공할 수 있을 것이라고 한다.
위: 시험장치에 설치된 아보카도 크기의 진공실
불과 몇 십 년 만에 GPS(Global Positioning System)는 군사 기술에서 일상적인 응용으로 발전했고 현대 사회의 많은 일상생활은 그것에 의존하고 있다. 그러나 고위도나 깊은 산골짜기와 같은 곳에서는 GPS를 항상 사용할 수 있는 것은 아니며 교란이나 속임수에 노출될 수 있다.
GPS와 유사한 시스템의 취약성은 지구 주위를 도는 위성 별자리에 의존한다는 것이다. 이 위성들은 원자시계와 동시에 타임스탬프 신호를 보낸다. 이 신호를 사용하면 손목시계처럼 작은 GPS 수신기가 위성 신호가 머리 위를 통과할 때 도플러 효과를 이용해 수신기의 위치와 속도를 극도로 정확하게 파악할 수 있다. 신호가 끊기거나 손상되면 시스템이 실패할 것이다.
제2차 세계 대전 당시 군용 로켓용으로 개발된 또 다른 대체 기술은 잠수함이 수중에서 방향을 찾는 데 주로 사용되었다. 관성 유도라고 불리는 이 시스템은 자이로스코프와 가속도계를 사용하여 고정된 위치를 기준으로 항법 장치의 위치를 계산하는 완전히 독립적인 시스템이다.
그것은 세 축 모두에서 장비의 모든 회전과 움직임을 측정함으로써 그렇게 한다. 이 측정이 충분히 정확하다면 GPS에 필적하는 결과를 얻을 수 있다.
문제는 GPS와 마찬가지로 관성 유도 시스템도 매우 정확하고 원자시계 수준의 타이밍이 같아야 한다는 것이다. 이것은 기계식 자이로스코프를 사용하거나 루비듐 가스 구름에 레이저를 비추어 양자 효과를 측정하는 기존의 시스템에서 가능하지만 이러한 시스템은 측정을 방해할 수 있는 모든 공기 분자를 제거하기 위해 무겁고 비싼 진공 시스템에 의존해야 한다.
이제 샌디아 연구소의 연구진이 견고한 맞춤형 양자 센서를 사용하여 겨우 1 세제곱 센티미터(0.06 세제곱 인치)의 구멍에 넣었다. 티타늄으로 만들어진 이 방에는 사파이어 창이 달려 있는데 이러한 조합은 헬륨과 같은 가스의 누출을 방지하는 데 매우 뛰어난 스테인리스강이나 고내화 유리와는 다르다.
이 진공실은 오랫동안 비교적 단단한 진공 상태를 유지할 수 있지만 팀은 이 진공을 만들기 위해 복잡하고 무거운 펌프를 사용하는 대신 '흡기제'라는 낡은 전자 기술을 사용했다. 오래된 라디오 밸브를 본 적이 있다면 파이프 윗부분에 은색이나 그을음 같은 얼룩이 보일 것이다. 이것은 필라멘트 주위에 형성된 화학 마개인 흡기제 때문에 발생한다. 밸브를 만들 때 내부의 진공이 충분히 단단하지 않기 때문에 마개를 통해 전기가 흐른다. 이것은 화학 반응을 일으켜 떠다니는 모든 공기 분자를 흡수한다.
샌디아 연구소의 경우 흡입제는 연필 지우개 정도의 크기이며 실험실에서 나온 두 개의 좁은 관 속에 설치되어 있다. 진공식이 얼마나 오래 유지될 수 있을지는 확실하지 않기 때문에 연구팀의 목표는 진공실을 밀봉하여 5년 동안 가동하는 것이다. 기다리는 동안 연구원들은 장비를 더 가볍고 쉽게 만들 수 있도록 하는 데 집중할 것이다.
출처 | 텐센트망
