Квантовые датчики в навигации: альтернатива или дополнение GPS?

Почему мир ищет альтернативу GPS — и как квантовые технологии претендуют на эту роль?

Системы спутниковой навигации, такие как американская GPS, европейская Galileo, китайская BeiDou или российская ГЛОНАСС, широко применяются в военных целях и используются для обеспечения работы транспорта, связи, финансов и других критически важных сфер экономики. Их принцип действия основан на измерении расстояния от антенны приёмника на объекте до спутников, положение которых известно с высокой точностью. Зная расстояния до нескольких спутников, приёмник вычисляет положение объекта в пространстве, а также его скорость и направление движения. Опыт современных войн и конфликтов свидетельствует о том, что в условиях радиоэлектронного подавления GPS подвержен локальному нейтрализующему воздействию. При этом эффективность применения систем вооружения — самолётов, кораблей, управляемых ракет, зависящая от точного определения координат, существенно снижается. Даже кратковременное вмешательство в работу навигации способно сорвать выполнение боевого задания. Например, массированное применение средств радиоэлектронной борьбы для подавления спутниковых навигационных систем зафиксировано накануне и в ходе вооруженного противостояния между Израилем и Ираном, начавшегося 13 июня 2025 года с ударов ЦАХАЛ по военным целям и объектам, связанным с иранской ядерной программой (операция «Восходящий лев», Rising Lion). При этом подразделения РЭБ исламской республики осуществляли подавление GPS-сигналов в различных районах, в том числе вдоль границы с Ираком, затрудняя ведение разведки и использование высокоточного оружия. Подавление спутниковой навигации становится международным трендом, который повышает риски безопасности инфраструктуры военного и гражданского назначения. При этом существующие инерциальные системы навигации, использующие гироскопы и акселерометры, накапливают ошибки и требуют регулярной коррекции. Определение координат с помощью радиолокационных карт, магнитных полей или наземных маяков (Enhanced Long Range Navigation) имеет ограничения и подвержено внешнему воздействию. В сложившейся ситуации особые надежды возлагаются на квантовые датчики — акселерометры, гироскопы и магнетометры на основе интерферометрии холодных атомов. Они определяют положение объекта, используя данные об ускорении и угловой скорости для пошагового расчёта траектории движения — так называемое инерциальное интегрирование пути — без опоры на внешние источники сигнала. Подобная архитектура повышает спрос на такие системы, особенно в зонах радиоэлектронного подавления.

Разработка квантовых навигационных систем: лидеры, достижения и проблемы

В большинстве технологически развитых государств уже активно ведутся исследования в области создания квантовых навигационных систем. Судя по открытым источникам, наибольших успехов в этом направлении достигли США, Австралия и Франция, где разрабатываются датчики на основе интерферометрии холодных атомов. Однако в настоящее время, как правило, речь идёт о дорогостоящих и не вполне надежных устройствах, чувствительных к вибрациям и температурным колебаниям, а также требующих высококвалифицированного обслуживания.

Соединённые Штаты Америки являются одним из лидеров в создании квантовых навигационных систем, чему способствует мощная государственная поддержка. В частности, компания Infleqtion (г. Боулдер, штат Колорадо) в 2024–2025 годах привлекла инвестиции в объёме $100 млн и заключила контракты с министерством обороны США в рамках программ A-PNT (Assured Positioning, Navigation and Timing), IMPAQT (Inertial Measurement for Precision Aided Quantum Technology) и TIMQER Series C (Transitioning Inertial Measurement Quantum R&D). Основная цель – разработка автономных навигационных систем, не зависящих от спутникового сигнала. По итогам недавних испытаний одного из прототипов навигационного комплекса, оснащенного квантовыми акселерометрами и гироскопами на основе интерферометрии холодных атомов, было подтверждено достижение уровня технологической готовности TRL 5–6, что означает успешную демонстрацию прототипа в условиях, приближенных к реальным, и готовность перейти к полевым испытаниям и инженерной доработке перед серийным внедрением. Аналогичные исследования ведутся и другими американскими компаниями. Так, FieldLine Inc. (г. Беркли, штат Калифорния) разработала коммерчески доступный миниатюрный магнетометр SM300. В его основе — атомная ячейка с парами щелочного металла, чувствительными к изменениям магнитного поля. Ячейка освещается лазером, который «упорядочивает» атомы, позволяя точно зафиксировать отклонения их спинов (фундаментальное свойство элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов и атомов, которое можно представить как аналог вращения) под воздействием магнитного поля. Такие устройства уже сегодня рассматриваются как элементы навигационных систем для аппаратов, применяемых в условиях, где сигнал GPS недоступен или может быть подавлен. Кроме того, Leidos (г. Рестон, штат Вирджиния) и Frequency Electronics (г. Юниондейл, штат Нью-Йорк) реализуют контракт с подразделением Министерства обороны США, отвечающим за внедрение коммерческих передовых технологий в интересах вооружённых сил (Defense Innovation Unit) по созданию NV-диамантовых магнетометров — сенсоров, способных обеспечивать высокоточную навигацию в условиях полного отсутствия GPS-сигнала.

Австралия стала одним из пионеров практической реализации квантовой навигации за счёт комбинации государственной стратегии, военного сотрудничества и передового стартап-сектора. Ключевым разработчиком выступает компания Q‑CTRL (г. Сидней), работающая в партнёрстве с Министерством обороны страны по программе AUKUS Deep Tech и UK Royal Navy. Компания Q‑CTRL в апреле 2025 года представила квантовую навигационную платформу Ironstone Opal, ориентированную на автономное позиционирование в условиях отсутствия GPS. Наземные и воздушные испытания изделия показали его высокую точность — в 50 раз превосходящую обычные инерциальные навигационные системы на земле и в 11 раз в воздухе. Принцип действия устройства основан на квантовых магнетометрах, которые считывают уникальные геомагнитные «отпечатки» местности. Это позволяет определять местоположение, сравнивая текущие показания с заранее сформированной картой магнитных аномалий. В отличие от решений на основе холодных атомов (как у Infleqtion в США), подход Q‑CTRL требует гораздо меньших энергетических ресурсов и габаритных размеров — отпадает необходимость в вакуумных системах, сверхточных лазерах и системах охлаждения. Дополнительное преимущество — развитая программная оболочка, использующая ИИ‑алгоритмы для фильтрации вибраций, электромагнитных помех и температурных флуктуаций. Это обеспечивает устойчивую работу сенсоров в нестабильных условиях без предварительной калибровки, что критично для оперативного применения. Проект получил государственную поддержку в рамках курса на повышение технологического суверенитета в критически важных сферах обороны и навигации. Он был отмечен как одно из прорывных направлений в блоке AUKUS Pillar II — совместной инициативе Австралии, Великобритании и США, направленной на разработку передовых навигационных, коммуникационных и сенсорных технологий, способных обеспечить автономность в условиях потери спутниковой поддержки. Тем не менее, несмотря на успехи, австралийские инженеры сталкиваются с рядом проблем: необходимость в высокоточном картографировании магнитных полей, сложность адаптации системы к резким перемещениям и чувствительность к локальным аномалиям. Решения находятся в процессе тестирования, но уже ясно, что австралийская модель — одна из наиболее зрелых и практически применимых.

Франция заметно выделяется среди европейских лидеров в реализации квантовых навигационных технологий, во многом благодаря эффективному частно-государственному партнерству. Крупнейшая компания, задействованная в этой сфере — Exail (г. Ла-Сьота), образованная в 2022 году после слияния iXblue и ECA Group. Экспериментальные версии квантовых гироскопов и акселерометров от Exail уже тестируются военным ведомством страны, например, на подводных лодках и патрульных катерах. В 2024 году компания представила первый серийный квантовый гравиметр — прибор, измеряющий гравитационное поле с высокой точностью на основе интерферометрии холодных атомов. Он предназначен для картографирования морского дна и обнаружения подводных целей. Это свидетельствует о росте интереса к квантовым технологиям не только в сфере автономной навигации, но и в задачах разведки и геофизического мониторинга. При этом Exail сосредоточился на гибридных решениях, объединяя интерферометрию холодных атомов и гироскопы на основе оптоволоконных систем (Fiber Optic Gyroscope). Одним из примеров является совместная разработка с лабораторией LP2N — трёхосного квантового инерциального датчика iXAtom, который обеспечивал точность, превышающую классические аналоги в 50 раз, и устранение необходимости внешней калибровки. Для морских судов компания Exail предлагает инерционные навигационные системы Advans/Phins, основанные на волоконно-оптических гироскопах (FOG). Они обеспечивают высокую точность курса за счёт низкого накопления ошибок (дрейфа менее 0,5 % на 10 км) и надёжно работают даже в условиях магнитных и вибрационных помех.

Разработка квантовых навигационных датчиков ведётся также и в других странах, в том числе в России, Китае, Великобритании и Германии, где зафиксированы определённые успехи в создании лабораторных прототипов и демонстрационных установок. Сообщается о проведении исследований в областях интерферометрии холодных атомов, NV-магнетометрии, гибридных инерциальных системах, что в целом соответствуют подходам американских и австралийских компаний.

Перспективы внедрения квантовых навигационных систем

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый ведущими разработчиками инерционных навигационных систем, говорить об их полном соответствии требованиям военных и гражданских заказчиков пока преждевременно. Серийное производство квантовых сенсоров затруднено по нескольким причинам. Во-первых, они требуют прецизионной настройки — высокоточной юстировки оптических и вакуумных компонентов, которую сложно автоматизировать. Во-вторых, такие устройства чувствительны к внешним воздействиям (вибрациям, температурным колебаниям), поэтому нуждаются в сложной стабилизации, что увеличивает их габариты и энергопотребление. В-третьих, компонентная база — от лазеров до фотодетекторов — остаётся дорогой и поставляется ограниченным числом производителей. В связи с этим ближайшие два-три года ключевыми задачами могут быть интеграция с классическими инерциальными системами, полевые испытания в реальных условиях и выход на уровень TRL 7–8, что откроет путь к созданию полноценных навигационных платформ. В дальнейшем первоочередное применение квантовых навигационных систем ожидается в военной сфере. Стратегические платформы — подводные лодки, ракетоносцы, автономные подводные и надводные аппараты, а также авиационные и ракетные комплексы — остро нуждаются в устойчивой навигации в условиях подавления GPS. Именно на этих направлениях отрабатываются технологии холодноатомной интерферометрии, NV-магнетометрии и оптических гироскопов нового поколения. Здесь не критична цена устройства, зато высоки требования к точности, автономности и устойчивости к внешним воздействиям.

Переход к гражданским приложениям, вероятно, произойдёт позже — по мере снижения стоимости изделия, упрощения его конструкции и повышения технологической зрелости. Потенциальными потребителями квантовых систем станут отрасли, где автономная навигация наиболее востребована или где спутниковые сигналы недоступны: горнодобывающая промышленность, геологоразведка, логистика, тоннельный транспорт, автономные суда и беспилотные летательные аппараты. Учитывая высокие барьеры входа, речь в ближайшие годы будет идти о внедрении в критические объекты инфраструктуры, высокорисковые миссии или транспортные узлы, требующие повышенной устойчивости к помехам и отказам спутниковой навигации. Ожидается, что как в военном, так и в гражданском секторе инерциальные навигационные системы, основанные на использовании квантовых датчиков, не заменят GPS, а будут использоваться как его дополнение в составе гибридных систем. Такая архитектура уже разрабатывается в рамках программ PNT (Positioning, Navigation, Timing) нового поколения в США, ЕС и Австралии. Принципиальная идея заключается в том, чтобы использовать квантовые сенсоры как резервный и проверочный механизм, обеспечивающий точное позиционирование при потере спутникового сигнала или при нахождении объекта под землёй, под водой или в плотной застройке. В долгосрочной перспективе это приведёт к созданию распределённой, модульной и устойчивой архитектуры глобальной навигации.

Внедрение инерциальных навигационных систем, основанных на квантовых технологиях, может оказать существенное влияние на тактику военных действий и эффективность применения высокоточного оружия в условиях радиоэлектронных помех. Появление такой технологии изменит баланс сил, сделав неактуальным использование средств РЭБ, предназначенных для подавления GPS. С экономической точки зрения, квантовая навигация формирует новый рынок, сравнимый с микросхемами и спутниковыми платформами. Развитие производственных цепочек — от источников атомов до юстировки оптики и программного обеспечения — даст импульс смежным отраслям. Владеющие данной технологией страны получат преимущество в экспорте, автономии и доступе к чувствительным секторам экономики. Остальные будут зависеть от импортных решений, поставок и ограничений. Уже в ближайшие годы квантовая навигация может превратиться в один из элементов стратегического планирования. В повестке государств всё чаще будет звучать понятие «навигационный суверенитет» — способность самостоятельно обеспечивать точное позиционирование объектов без опоры на внешние сигналы. Обладание собственной архитектурой навигации станет ключевым преимуществом в логистике, маневрировании и управлении рисками. Те же, кто останется зависим от внешней инфраструктуры, окажутся уязвимыми в кризисных условиях и ограниченными в принятии суверенных решений.

Внимание к инерциальным навигационным системам, использующим квантовые датчики, обусловлено растущей уязвимостью спутниковых технологий. В условиях геополитической напряжённости, кибератак и активного применения средств радиоэлектронной борьбы, потеря доступа к GPS-сигналу становится всё более вероятным сценарием. Данные обстоятельства повышают значимость доступа к технологиям высокоточной автономной навигации до приоритета национальной безопасности. Судя по открытым публикациям, наибольших успехов в разработке квантовых сенсоров добились США, Австралия и Франция, где соответствующие исследования ведутся в рамках военных программ с привлечением частных технологических компаний. В фокусе их внимания — датчики на основе холодных атомов, алмазов с NV-центрами и миниатюрными атомными ячейками. Некоторые разработки достигли уровня серийных образцов — например, магнетометр SM300 от FieldLine Inc. — однако полноценные инерциальные комплексы пока находятся на стадии опытных экземпляров. Внедрение квантовосенсорной технологии, судя по текущей динамике, будет происходить поэтапно: сначала военная сфера — подводные лодки, авиация, ракетное вооружение, а затем гражданский сектор — геологоразведка, автономные транспортные системы, горная промышленность. При этом квантовые датчики не заменят GPS, а дополнят его в составе гибридных архитектур: спутники обеспечат глобальное покрытие, а инерциальные системы — устойчивость и автономию в зонах риска. Ожидаемое влияние квантовой навигации будет многопрофильным. В военной сфере — рост автономности и снижение уязвимости платформ; в экономике — формирование нового высокотехнологичного рынка с барьерами доступа; в научной среде — переход от фундаментальных исследований к прикладным системам. В стратегической перспективе формируется новая ось технологического неравенства: страны, обладающие собственной архитектурой автономной навигации, получают «навигационный суверенитет» — контроль над перемещением своих объектов в условиях цифровой нестабильности.