ミューメトリックナビゲーション

ミューメトリック航法は、宇宙線ミューオンやその他の宇宙粒子を使用して、測位、航法、タイミングを行うものである。[ 1 ]

位置と時刻が既知のGNSS衛星を使えば、位置を特定することが可能だ。GNSSは、船舶や航空機の航行に重要な政府機関によって頻繁に利用されているが、信号は簡単に妨害されたり偽装されたりする可能性がある。 [ 2 ] 2020年、KM田中宏之氏は、宇宙線ミューオンを用いて受信機の位置を特定する、GNSSとは異なる全く新しいアプローチを開発した。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

ミューメトリック技術には、ミューメトリック測位システム（muPS）[ 6 ] 、ミューメトリック無線航法システム（MuWNS）[ 7 ]またはmuPS無線航法システム（muWNS）[ 1 ] 、宇宙時間同期装置（CTS）[ 8 ]、宇宙時間較正装置（CTC）[ 9 ]などがある。

位置決めとナビゲーション

ミューメトリック測位・航法技術は、基準検出器と受信検出器（通常は屋内、地下、または水中に設置）間の相対論的宇宙線ミューオンの飛行時間に基づいている。 [ 10 ] GNSS信号を受信する代わりに、宇宙線ミューオンを検出する。3台以上の基準検出器が、既知の位置と時刻基準とともに設置される。[ 11 ] GNSSと同様に、基準受信機と受信機間のクロックは十分に同期されている必要がある。[ 1 ] GNSSとは異なり、この技術は、衛星の軌道制約によりGNSS衛星のアクセスが制限される北極圏での航行を可能にする。 [ 12 ] [ 2 ]

初期のプロトタイプでは、正確な時刻同期のために受信機と各基準検出器の間に配線が必要でした。しかし、この構成はシステムの適用範囲を制限していました。[ 4 ]この初期システムの成功を受けて、配線なしでナビゲーションを行う方法を見つける取り組みが進み、配線は時計に置き換えられました。muWNSは、例えば、トンネル内や建物内、鉱山の崩落現場などでロボットを水中や地下に誘導する[ 13 ]、[ 14 ] 、救助隊への応用が期待されています。 [ 15 ]

屋内ミューメトリック測位精度は2023年時点で3.9cmである。[ 16 ]

タイミング

正確な時間管理には、一般的にGNSSや原子時計システムが必要だが、これらは高価で、屋内、地下、水中では利用できない。[ 17 ] また、GNSSはサイバー攻撃や妨害に対して脆弱である。[ 18 ]この問題を解決するために、宇宙粒子を使って時間を正確に追跡する方法が提案された。[ 17 ]宇宙線は大気圏で衝突し、粒子シャワーを発生させる。[ 19 ]これらのシャワー中のミューオンは光速に近い速度で移動し、大気圏を移動しながら拡散する。それらはほぼ同時に地表に到達するので、これらのミューオンが提供する情報を共有することで、時計を同期させることができる。[ 20 ]最近のデモンストレーションでは、60メートルの距離で数十ナノ秒の同期精度が示された。[ 21 ]

この宇宙時間同期方式で生成されるランダムなタイムスタンプは、安全なデータ転送のための乱数生成にも利用できる。 [ 22 ]送信者と受信者は同じミューオンを用いて、タイムスタンプから真にランダムな暗号鍵を生成する。送信者と受信者間の正確な時間遅延は、検出器間の距離が10メートル以内であることから算出される。[ 23 ]受信者は、送信者と受信者間で直接鍵を交換することなく、秘密鍵を知ることができる。 [ 22 ]応用範囲は、安全なクラウドストレージ、通信、仮想通貨の生成など多岐にわたる。[ 23 ]

参考文献

  1. ^ a b c By (2023-06-20). 「宇宙線航法」 Hackaday . 2023年10月3日閲覧。
  2. ^ a b Saballa, Joe (2021年11月25日). 「米海軍、衛星非依存ナビゲーションシステムを開発中」 .ディフェンス・ポスト. 2023年10月3日閲覧。
  3. ^ 「水中および地下用途向けミュオメトリック測位システム（muPS）とは？」 www.linkedin.com . 2023年10月3日閲覧。
  4. ^ a b「宇宙ミューオンを利用して地下を航行する測位システム」 Physics World 2023年7月11日2023年10月3日閲覧。
  5. ^ 「宇宙ミューオンを用いたミューメトリック測位システム（μPS）による新たな水中・地下測位技術」 Scientific Reports 2020年11月3日 2023年10月3日閲覧。
  6. ^ “Suomalaiset mukana kehittämässä uutta vedenalaista paikannusjärjestelmää | Oulun yliopisto” . www.sttinfo.fi (フィンランド語) 。2023-10-03に取得。
  7. ^ Svitlyk, Yuri. 「新しいMuWNSナビゲーションシステムのすべて：地下と水中で動作」。
  8. ^マクレー、マイク (2022年5月14日). 「この宇宙の計時方法は、地球上のすべての時計を同期させることを提案している」 . ScienceAlert . 2023年10月3日閲覧。
  9. ^田中 宏之 KM (2023). 「無線センサーネットワークのための宇宙時間キャリブレータ」 . Scientific Reports . 13 (1): 5951. Bibcode : 2023NatSR..13.5951T . doi : 10.1038/ s41598-023-32262-8 . PMC 10097806. PMID 37045902 .  
  10. ^ Brahambhatt, Rupendra (2023年6月20日). 「宇宙線粒子に基づくGPSのような技術で、地下や水中を航行できる」 ZME Science . 2023年10月3日閲覧。
  11. ^ 「宇宙線ミューオンをGNSSの代わりに利用して、地球上および水中の3D位置情報を取得するにはどうすればいいか？」 Space Exploration Stack Exchange . 2023年10月3日閲覧。
  12. ^ハンブリング、デイビッド。「米海軍は宇宙線を利用して北極圏を航行するGPSを開発中」。ニューサイエンティスト。 2023年10月3日閲覧。
  13. ^ Ouellette, Jennifer (2023年6月17日). 「科学者らがワイヤレス宇宙線航法システムの初テストを実施」 Ars Technica . 2023年10月3日閲覧。
  14. ^ Reisch, Felipe (2021年11月23日). 「GPSが利用できない環境でのナビゲーション方法を科学が発見する方法」 . 2022年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  15. ^ 「宇宙線ミューオンで地下を航行」（プレスリリース）。国際ミュオグラフィー共同研究機構。2023年6月16日。 2023年10月3日閲覧– The National Tribuneより。
  16. ^ Varga, Dezso; 田中 宏之 (2024). 「センチメートルレベルの高精度ミュオメトリック無線航法システム（MuWNS-V）の開発と、追跡検出器からの方向情報を用いた最初の実証」 . Scientific Reports . 14 (1): 7605. arXiv : 2308.10108v1 . Bibcode : 2024NatSR..14.7605V . doi : 10.1038/ s41598-024-57857-7 . PMC 10982292. PMID 38556591 .  
  17. ^ a b「宇宙の計時技術は地下や水中でも機能する」ニューアトラス、2022年5月10日。 2023年10月3日閲覧。
  18. ^ジョンストン、スコット・アラン (2022年5月15日). 「宇宙線は世界の時計の同期を維持するのに役立つ可能性がある」 . Universe Today . 2023年10月3日閲覧。
  19. ^ Alaieva, Liliia (2022年5月16日). 「科学者たちは時計を刻む新しい方法を発明した」 . The Universe. Space. Tech . 2023年10月3日閲覧。
  20. ^ 「宇宙と共に時を刻む」ナショナル・トリビューン2022年5月9日2023年10月3日閲覧。
  21. ^ "CTS" . fraternise.inrim.it . 2023年10月3日閲覧。
  22. ^ a b「宇宙線ミューオンを利用した暗号システムの構築」 Physics World 2023年1月16日 2023年10月3日閲覧。
  23. ^ a b「COSMOCATS：暗号化と鍵ストレージの未来」 Research Square、2023年8月15日。 2023年10月3日閲覧。
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