Низкоточную систему GPS заменят трехмерные маятники Фуко

Современные гироскопы для инерциальных систем навигации весьма сложны и дороги: одно устройство такого рода, собираемое вручную, изготавливается около месяца и стоит до миллиона долларов. В рамках проекта Microscale Rate Integrating Gyroscope («Интегрирование гироскопов на микроуровень», MRIG) DARPA собирается разработать гироскоп с вибрирующей структурой из кварцевого или обычного стекла сверхнизкого расширения.

При этом вместо традиционного для микроэлектромеханических устройств двухмерного изготовления, речь идёт о трёхмерной упаковке МЭМС, что позволяет сделать их более миниатюрными.

Принципиально такое устройство инерциальной навигации опирается на стандартный маятник Фуко, в котором плоскость колебаний слегка изменяется из-за вращения Земли. Однако вместо маятника в описываемых МЭМС-приборах инерциальный сенсор посылает вибрации по поверхности трёхмерных структур. Точность такой волны постоянно контролируется, и как только инерциальный сенсор перемещается в пространстве в любом из трёх измерений, это немедленно отражается на колебаниях 3D-поверхности.

Среди использованных для решения такой задачи подходов DARPA особо выделило прототипы Мичиганского университета, Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета в Ирвайне.

Разработчики из первого вуза применили стеклянную структуру, полученную при помощи технологии выдувания стекла. При этом дробление частоты для такого 3D-маятника составило всего 10 Гц (чем меньше дробление частоты, тем выше точность).

Во втором прототипе также использовались стеклодувные технологии, но стекло было кварцевым, что позволило получить более однородную микроструктуру (при остывании кварцевое стекло испытывает меньшие размерные колебания). При этом если обычное стекло дуется при 800 ˚С, то кварцу нужны 1 700 ˚С, то есть речь идёт о значительно более сложной (хотя и потенциально более точной) технологии.

В третьем образце использовалось химическое парофазное осаждение, с помощью которого в микроуглублениях на выдувной поверхности из стекла были получены синтетические алмазы. Симметрия такого сенсора в перспективе обещает быть самой высокой.

Таким образом, вторая фаза проекта создания средств инерциальной навигации на базе МЭМС завершена, и теперь DARPA планирует отточить технологию, сократив размер сенсоров с 20 до 10 кубических миллиметров, а частоту дробления — с 10 до 5 Гц, что должно вдвое повысить точность новых средств навигации.