NASA的量子重力传感器任务将在太空中测试超冷原子，以追踪水体、冰层和地下资源。

NASA已向Infleqtion公司拨款2000万美元，用于推进一项任务，该任务有望研制出全球首个天基量子重力传感器。这笔新资金使NASA在“量子重力梯度仪探路者”任务上的总投资达到4000万美元。NASA喷气推进实验室主导这项工作。

该项目现已进入关键的硬件开发阶段。工程师将建造并测试主要部件，为仪器未来的在轨演示做准备。Infleqtion预计航天器将于2030年发射进入近地轨道。

从轨道测量重力

拟议的仪器使用超冷铷原子来探测地球引力场中的微小差异。这些测量最终可能为地球表面之下及表面的变化提供更清晰的视角。

科学家可利用未来的重力仪器追踪地下水的流动和冰层融化。它们还可能揭示地下自然资源的变化。

现有卫星任务已经在绘制地球重力图。NASA的GRACE和GRACE-FO航天器已监测重力变化数十年。量子传感可能引入一种不同的测量方法。

Infleqtion将开发新仪器核心的原子物理组件。该系统包括操控原子所需的真空腔、激光器和电子控制装置。

该传感器将把铷原子冷却到接近皮开尔文尺度的温度。在这种极端温度下，研究人员能够精确控制原子以进行重力测量。

Infleqtion首席科学官达纳·安德森表示，该领域已不再局限于仅仅证明量子技术可行。“我们不再测试量子技术本身，”安德森说，“我们在测试如何在太空环境中使用它。”探路者任务将重点验证该技术能否在轨道条件下运行。

发射前测试量子传感技术

Infleqtion现在将建造一个初始传感器头和一个电子工程单元。工程师将在德国汉诺威的爱因斯坦电梯设施中测试这些系统。

该设施通过专门的落塔系统产生短时微重力环境。这些测试将帮助研究人员在将硬件送入太空之前对其进行评估。

这项工作也借鉴了此前在国际空间站上的实验。JPL和Infleqtion此前曾合作开展NASA的冷原子实验室项目，研究微重力环境中的超冷原子。

Infleqtion首席执行官马特·金塞拉表示，开发可飞行的量子硬件需要多年的工程和测试。“每一个里程碑都让量子传感更接近实现从轨道以全新方式观测地球的目标，”他说。NASA预计当前开发阶段将持续到2027年。

迈向未来传感器之路

探路者任务不会交付一套可直接用于常规地球观测的成品科学仪器。相反，它将测试未来能力更强的量子重力任务所需的技术。

NASA及其行业合作伙伴计划在未来三年内完成仪器硬件开发。之后项目将进入飞行演示阶段。

成功将降低未来高分辨率重力仪器的技术风险。此类系统最终可能增强美国在地球观测和天基传感方面的能力。它们还可能支持资源监测和长期安全规划。

研究人员必须将一套极其灵敏的实验室系统转化为能够承受发射并在轨道上可靠运行的硬件。这一转变将决定量子重力传感能否成为从太空观测地球的实用工具。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！