Китайские ученые разработали кристалл, который производит ультрафиолетовый свет с рекордной длиной волны 145,2 нанометра — это满足了 ключевое требование для ядерных часов на основе тория-229, которые в будущем могут позволить подводным лодкам ориентироваться с сантиметровой точностью, не всплывая для получения сигнала GPS.
Фторидное боратное соединение было разработано группой под руководством Пань Шили из Синьцзянского технического института физики и химии Академии наук Китая. Оно превосходит предыдущий рекорд, установленный фтороборатом калия и бериллия — кристаллом, который Китай разработал в 1990-х годах и который доминировал в этой области на протяжении трех десятилетий, но мог достигать лишь примерно 150 нанометров, что немного не дотягивало до цели в 148,3 нм, необходимой для активации ядра тория.
Ядерные часы работают иначе, чем обычные атомные часы. Стандартные атомные часы измеряют время, отслеживая колебания электронов вокруг внешней оболочки атома. Ядерные часы, напротив, измеряют колебания внутри самого атомного ядра — гораздо более стабильной среды, гораздо менее подверженной внешним электромагнитным помехам, изменениям температуры или вибрациям.
Ученые полагают, что ядерные часы могут быть в 10–1000 раз точнее современных атомных часов. Часы со стабильностью 10⁻¹⁹ могли бы поддерживать точность позиционирования на уровне сантиметров в течение нескольких часов — что идеально подходит для автономных подводных лодок или межпланетных зондов.
Лазер, приводящий часы в действие, должен быть настроен на чрезвычайно точную ультрафиолетовую длину волны, чтобы взаимодействовать с ядром тория. До сих пор не существовало кристалла, способного сдвинуть лазерный свет до достаточно короткой длины волны, чтобы соответствовать этому требованию в портативном, пригодном для полевых условий устройстве. Фторидное боратное соединение команды из Синьцзяна впервые ликвидирует этот пробел.
Проблема навигации подводных лодок
GPS удобен, но у него есть общеизвестные уязвимости: его можно заглушить, подделать, и он просто не работает под водой или под землей. Для подводных лодок это не просто неудобство — это стратегический недостаток.
В настоящее время подводные лодки используют атомные часы для поддержки инерциальных навигационных систем, определяя свое местоположение методом счисления пути с помощью точного хронометража в сочетании с данными акселерометров и гироскопов. Чем дольше подводная лодка действует в подводном положении без получения сигнала GPS, тем больше накапливается ошибка хронометража и тем менее точно она знает свое собственное положение. Всплытие для исправления этой ошибки подвергает судно риску обнаружения.
Ториевые ядерные часы обеспечивают работу инерциальных навигационных систем, предоставляя сверхстабильный хронометраж для акселерометров и гироскопов, что позволяет осуществлять счисление пути с минимальным дрейфом. Подводные лодки могли бы осуществлять скрытную подводную навигацию без всплытия для коррекции по GPS. Для ВМС НОАК — чей подводный флот быстро расширяется за счет лодок типов 093B и 096, действующих в Тихом океане, — такая возможность напрямую снизила бы риск обнаружения акустическим слежением и спутниковой разведкой ВМС США.
Национальная программа, а не отдельная лаборатория
Прорыв в Синьцзяне — это один из узлов более широких китайских усилий. Научно-технический университет Китая в марте 2026 года представил стронциевые оптические решетчатые часы с точностью до одной секунды за 30 миллиардов лет, а ранее добился получения непрерывного вакуумного ультрафиолетового лазера на 148 нм с помощью четырехволнового смешения. Университет Цинхуа также продвинулся в создании лазеров на 148 нм для ядерных часов.
США разрабатывают собственную программу ториевых часов, как и европейские исследовательские группы, — что делает эту область активной научной гонкой с прямыми стратегическими последствиями. Для архитектуры отслеживания подводных лодок ВМС США, которая в значительной степени зависит от предсказуемости патрульных маршрутов и поведения китайских подлодок при всплытии, флот ВМС НОАК, оснащенный ядерными часами и никогда не нуждающийся во всплытии для обновления навигационных данных, будет означать фундаментальный сдвиг в балансе подводных сил.