Оптический спидометр

Измерение линейной скорости транспортных средств, оторванных от опоры и движущихся вдали от навигационных систем, является непростой задачей. Например, как измерить скорость космического аппарата? Имеются разные способы для этого: по доплеровскому сдвигу частоты зондирующего сигнала, анализом последовательности изображений с камер корабля близлежащих небесных тел, интегрированием сигнала с бортового акселерометра и др. На практике в основном применяют доплеровские методы. В них используются передатчик и приёмник зондирующего сигнала, размещённые на Земле (радарная станция) или на самом КА. В обоих случаях требуется небесное тело, относительно которого измеряется скорость. При дальних космических путешествиях доплеровские методы использовать затруднительно, т. к. мощность передатчика и чувствительность приёмника сигнала ограничены. Для применения метода измерения скорости по изображениям небесных тел нужны эти небесные тела поблизости и данные об их скорости, что также может быть проблемой. Метод интегрирования ускорения по сигналу с акселерометров становится неактуальным при длительном путешествии с гравитационными манёврами.

Было бы здорово иметь прибор для измерения скорости, который может работать максимально независимо от места расположения и достаточно надежно. Земные ТС, такие как автомобили, корабли, самолёты оснащаются автономными спидометрами. С их помощью измеряются скорости движения относительно окружающих сред (земля, вода, воздух). Можно ли создать такой спидометр, для работы которого было бы достаточно только светоносной среды и энергии? Похоже, что да. Для реализации этой идеи можно использовать электромагнитные волны (свет), и тот факт, что свет может увлекаться движущейся прозрачной средой. Здесь и далее по тексту будет использоваться понятие “светоносная среда”, как это делается в классической физике. Привлечение теории относительности для описания работы прибора не требуется.

Упрощённая схема реализации варианта оптического спидометра дана на рисунке ниже.

Основой схемы является волоконный интерферометр с длинной катушкой оптоволокна. Катушка имеет вытянутую форму, протяженность по оси опоры - L. Источником света служит лазер, приёмником - фотодиод. Плечи интерферометра образуются благодаря двум Y-разветвителям. Вся установка может вращаться вокруг центра масс с угловой скоростью