A Marinha Real Britânica está a levar a navegação subaquática para uma nova era, combinando duas tecnologias de ponta. Pela primeira vez, um relógio quântico foi integrado num submarino autónomo, o XV Excalibur, com o objetivo de alcançar uma precisão de navegação nunca antes vista.
Aposta crescente em submarinos não tripulados
As principais marinhas do mundo estão a investir cada vez mais na incorporação de submarinos autónomos e não tripulados nas suas frotas. As razões para esta transição são diversas:
- Servem como multiplicadores de força;
- Permitem criar uma rede de vigilância oceânica muito mais vasta;
- Patrulham áreas extensas a grandes distâncias da base;
- E podem ser destacados para missões perigosas sem colocar em risco a vida de marinheiros ou de uma embarcação avaliada em milhares de milhões.
Os submarinos não tripulados oferecem vantagens significativas. São mais económicos de construir e operar, relativamente descartáveis em comparação com uma embarcação tripulada, e muito mais compactos, pois não necessitam de espaços para a tripulação ou sistemas de suporte de vida.
A sua autonomia é limitada apenas pela sua fonte de energia. Teoricamente, um submarino autónomo com propulsão nuclear poderia permanecer submerso desde o seu comissionamento até ao seu abate.
O calcanhar de aquiles…
Contudo, existe um grande obstáculo à ideia de um submarino permanentemente submerso: a navegação. Atualmente, a maioria das embarcações depende do GPS ou de sistemas parecidos para se orientar. Infelizmente, os submarinos não conseguem receber sinais de GPS enquanto estão submersos, nem aceder à maioria das outras referências de navegação.
Para contornar este problema, utilizam um Sistema de Navegação Inercial (SNI). Este sistema recorre a um conjunto de giroscópios, semelhantes aos acelerómetros de um smartphone, que, em conjunto com um relógio preciso, medem a direção e a magnitude de qualquer alteração de rumo ou velocidade.
Com base nestes dados e em cálculos de estima, o comandante consegue determinar a posição da sua embarcação. O problema? Um fenómeno conhecido como “acumulação de desvio”. Como os cronómetros e os giroscópios nunca são perfeitamente exatos, pequenos erros começam a surgir e a acumular-se, fazendo com que a posição calculada se afaste progressivamente da realidade.
Solução? Um relógio quântico de precisão atómica
Para resolver esta falha, a Marinha britânica está a testar sistemas de Posicionamento, Navegação e Cronometria (PNC*) quânticos, baseados no relógio atómico ótico Tiqker da Infleqtion. Em vez de utilizar cristais de quartzo vibratórios, este relógio quântico usa um único átomo de Rubídio-87, que vibra a uma frequência 10.000 vezes superior à dos relógios de micro-ondas convencionais.
Em termos práticos, isto significa que o relógio quântico perde apenas um segundo a cada 30 mil milhões de anos. Para fins de navegação, isto traduz-se num desvio de meros 1 x 10⁻⁶ graus por hora. Outra vantagem deste relógio é a sua compactação: mede apenas 30 litros e pesa 30 kg, tornando-o ideal para ser instalado numa pequena embarcação como o Excalibur.
Os testes no mar já demonstraram a sua integração bem-sucedida com os sistemas do submarino e a precisão dos seus cálculos de navegação. Os dados recolhidos serão partilhados com os Estados Unidos e a Austrália, no âmbito do tratado AUKUS.
Estou muito satisfeito por o nosso colaborador de longa data, a Infleqtion, ter conseguido testar o seu relógio atómico quântico a bordo do Excalibur.
Esta experiência foi um primeiro passo crítico para compreender como os relógios quânticos podem ser implementados em plataformas subaquáticas para permitir navegação e cronometragem de precisão em apoio a operações prolongadas.
O DCTO anseia por promover mais testes de tecnologias de navegação baseadas em quântica, como o Tiqker, a bordo do Excalibur, enquanto procuramos oferecer uma vantagem operacional quântica à Marinha Real
Afirmou o Comandante Matthew Steele, Chefe de Futuros no Gabinete de Capacidades e Tecnologias Disruptivas (DCTO, originalmente) da Marinha Real.
*PNC: como funciona?
- Uma constelação de satélites, como a do GPS, orbita a Terra e transmite continuamente sinais de rádio. Cada satélite inclui a sua localização exata e um relógio atómico de alta precisão.
- Um recetor GPS recebe os sinais de múltiplos satélites.
- Ao comparar o tempo em que o sinal foi enviado pelo satélite com o tempo em que foi recebido, o recetor pode calcular a distância a cada satélite (velocidade da luz multiplicada pelo tempo de viagem).
- Com as distâncias de pelo menos quatro satélites, o recetor pode usar a trilateração para determinar a sua posição exata em três dimensões (latitude, longitude e altitude).
- A precisão dos relógios atómicos dos satélites é crucial. O sistema permite que o recetor sincronize os seus próprios relógios de quartzo para obter uma cronometragem precisa.
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