תוכנית ROCkN של DARPA הוציאה שעונים אופטיים מן המעבדה והדגימה סנכרון בין צמתים על פני מאות קילומטרים. תוכנית המשך חדשה עוברת לפיתוח יכולת ייצור ולסדרה ראשונה של שעונים טקטיים. כדי להפוך את הדיוק הזה ליתרון צבאי, צריך לשמור עליו לאורך כל הדרך, מהאטומים בתוך השעון ועד לחיישן, למקלט או למשדר ה-RF שבקצה הרשת.
למה מערכת צבאית צריכה femtoseconds?
מערך מכ״ם מבוזר יכול להציב משדרים ומקלטים על כמה כלי רכב, כלי טיס או אתרים קרקעיים. כל צומת רואה את הזירה מזווית אחרת, ויחד הם עשויים ליצור תמונה שמערכת יחידה אינה יכולה להפיק. התנאי הוא שכולם יעבדו לפי אותו זמן. בלי בסיס זמן משותף, גם חיישנים מצוינים נשארים אוסף של מכשירים נפרדים: קשה להשוות את האותות, למדוד במדויק את הפרשי ההגעה ולצרף אותם באופן קוהרנטי.
הקשר בין זמן למופע מסביר מדוע השאלה הזאת נעשית חריפה במיוחד במערכות RF. מחזור של אות בתדר 10GHz נמשך 100 פיקו-שניות. שגיאת תזמון של פיקו-שנייה אחת מייצגת כ-3.6 מעלות של שגיאת מופע; בתדר גבוה יותר, אותה שגיאת זמן הופכת לסטיית מופע גדולה עוד יותר. כאשר מנסים לצרף אותות ממספר פתחים או להפעיל משדרים מרוחקים כאילו היו מערך אחד, פיקו-שניות כבר אינן מספר מעבדתי אקזוטי. הן חלק מתקציב הביצועים.
כאן נכנסת תוכנית Robust Optical Clock Network, ROCkN של DARPA. היא לא נבנתה רק כדי לספק שעון שממשיך לפעול כאשר GPS נחסם. התוכנית מחברת בין שמירת זמן מקומית, העברת זמן אופטית ורשתות שעשויות לתמוך בחישה קוהרנטית, תקשורת ויישומי לוחמה אלקטרונית. במרץ 2026 דיווחה DARPA על שעונים אופטיים שנוסו מחוץ למעבדה ועל סנכרון ברמת femtoseconds לאורך מאות קילומטרים. באוגוסט הגיע שלב אחר: תוכנית It’s About Time, שנועדה להקים pilot manufacturing pipeline ולהוציא סדרה ראשונה של שעונים טקטיים.
GPS מספק כיום בסיס זמן למערכות צבאיות רבות, אבל האות המגיע מן הלוויינים חלש וחשוף לשיבוש, הטעיה וחסימה. שעון מקומי מאריך את משך הפעולה לאחר אובדן הקליטה. ברשת מרובת פלטפורמות דרוש יותר מכך: כל שעון סוטה בקצב מעט שונה, ובהדרגה הצמתים מאבדים גם את ההתאמה ביניהם. ROCkN מנסה לטפל בשתי הבעיות באותה ארכיטקטורה: להחזיק זמן בכל צומת, ולחדש או לשפר את הסנכרון כאשר ניתן ליצור קישור.
השעון המקומי: להחזיק זמן כשהייחוס נעלם
שעון אטומי נועל מתנד לתדר מעבר מוגדר באטום. בשעון אופטי המעבר נמצא בתדר גבוה בהרבה מזה של שעונים אטומיים המבוססים על מיקרוגל, וקווי התהודה הצרים מאפשרים יציבות ודיוק גבוהים מאוד. אלא שהמילה ״דיוק״ מכסה כמה ביצועים שונים. Frequency stability מתארת עד כמה קצב התנודות נשאר קבוע לאורך פרק זמן. Timekeeping דורש לספור את התנודות ולשמור רצף זמן. Time transfer הוא ההשוואה בין שעונים מרוחקים והערכת ההפרש ביניהם. שעון יציב אינו מסנכרן את עצמו אוטומטית עם שכנו.
לפי DARPA, ROCkN פועלת בשתי דרגות. הראשונה היא שעון נייד בגודל קופסת נעליים, עם יעד לשמור על דיוק תזמון ברמת תת-ננו-שנייה במשך עד שבועיים ללא התערבות. השנייה היא ״שעון אב מקומי״, בערך בגודל מכונת כביסה, שנועד לתמוך ברשת אזורית ולשמור על דיוק ברמת GPS במשך יותר משישה חודשים ללא סנכרון אליו. אלה יעדים ותוצאות שפרסמה הסוכנות; טבלאות בדיקה מלאות, ובהן שונות בין יחידות, aging ותלות בטמפרטורה, אינן זמינות בפרסום הפומבי.
עבור כלי שיט, מטוס או אתר יבשתי, ה-holdover קובע כמה זמן אפשר להמשיך להסתמך על השעון לאחר שאבד מקור הזמן החיצוני. הוא גם אינו מספר קבוע החקוק על המארז. טמפרטורה, רעידות, הזדקנות רכיבים, מחזורי הפעלה והפסקות חשמל משפיעים על קצב הסחיפה.
שעון מעבדתי יכול לשבת על שולחן אופטי, בחדר עם בקרת טמפרטורה וציוד עזר גדול. בפלטפורמה נעה, חלל אופטי משנה את אורכו תחת חימום ורעידות; לייזרים ואלקטרוניקה צריכים להישאר מכוילים; רכיבי ואקום, חיבורים אופטיים ומערכות בקרה נדרשים לשרוד shock ותנועה. NIST מציין כי תנודות תרמו-מכניות בחלל האופטי ורעש המופע של לייזר החקירה משפיעים ישירות על יציבות השעון. המעבר למארז טקטי אינו תרגיל אריזה. זה מאבק לשמר סביבת מעבדה זעירה בתוך פלטפורמה שאינה מתנהגת כמו מעבדה.
להעביר זמן ולשמור על הקישור
רשת קוהרנטית זקוקה להשוואה בין השעונים. ROCkN משתמשת בקישורים אופטיים דו-כיווניים, שבהם כל צד מודד את זמן הגעת האות מן הצד האחר. כאשר האור עובר בשני הכיוונים באותו מסלול ובתנאים דומים, אפשר לבטל חלק גדול מן העיכוב של הדרך ולהעריך את הפרש הזמן בין הצמתים.
האטמוספרה אינה ערוץ שקט. טורבולנציה משנה את עוצמת האות ואת זמן הגעתו; תנועה משנה את אורך המסלול ומוסיפה אפקט דופלר ושגיאות כיול תלויות-מהירות. מחקר של NIST הדגים סנכרון מתחת ל-femtosecond דרך מסלול אווירי טורבולנטי ובתנועה אפקטיבית של עד 25 מטר לשנייה. ניסוי אחר, לאורך 300 ק״מ, מצא שטורבולנציה חזקה יוצרת רעש בלתי-הדדי בסדר גודל של עשרות femtoseconds. הקישור הדו-כיווני מפצה על הרבה, לא על הכול.
DARPA דיווחה כי ROCkN השיגה סנכרון ברמת femtoseconds על פני מאות קילומטרים והפעילה רשתות מרובות צמתים בתנאים שכללו לחות, גלי חום וסופות שלגים. מערכות התוכנית, לפי הסוכנות, הוטסו במטוסי כנף קבועה, הוסעו בכלי רכב ופעלו במהלך שהייה של שלושה שבועות על כלי שיט באוקיינוס השקט. לא פורסמו המרחק והביצועים בכל ניסוי, זמינות הקישור, מספר הצמתים או קצב נשירת האות.
למערכת ניידת יש גם בעיה גיאומטרית: אלומה אופטית צרה דורשת acquisition, pointing and tracking מדויקים. תמרון, ערפל, עננות או חסימה פיזית יכולים לקטוע קו ראייה. לכן רשת מבצעית תצטרך לדעת לעבור ל-holdover, לעקוב אחר השגיאה המצטברת ולחזור לסנכרון בלי להכניס קפיצה לבסיס הזמן. ארכיטקטורה סבירה עשויה לשלב שעון אב אזורי, שעונים ניידים וקישורי גיבוי בסיבים, ב-RF או דרך מקורות PNT נוספים.
מכ״ם, SIGINT ו-EW: המקום שבו הזמן מקבל ערך מבצעי
בחישה מבוזרת, כל מקלט קולט גרסה מעט שונה של אותו אות. אם מיקום הצמתים, זמני ההתפשטות והשהיות המערכת ידועים, אפשר לצרף את המדידות. סנכרון מדויק משמר את מידע המופע הדרוש לשילוב קוהרנטי ומאפשר למספר חיישנים קומפקטיים לפעול כאפרטורה אפקטיבית גדולה יותר.
במכ״ם multistatic, המשדר והמקלט אינם חייבים להיות באותו אתר. כמה פלטפורמות יכולות לצפות באזור מזוויות שונות ולחלוק את המדידות. בסיס זמן מדויק תומך בהתאמת האירועים ובשילוב האותות, אבל אינו מחליף ידיעה מדויקת של מיקום כל פלטפורמה, כיול של שרשרת ה-RF או טיפול ב-multipath ובתנועה. שעון טוב מצמצם משתנה מרכזי אחד במשוואה; שאר המערכת עדיין צריכה לעמוד בקצב.
ב-SIGINT ובאיתור מקורות שידור, תיאום בין מקלטים מרוחקים משפיע על מדידות time difference of arrival ועל שיטות המשתמשות בהפרשי מופע. שיפור בסיס הזמן עשוי לחדד את היכולת להשוות אות שנקלט בכמה אתרים, במיוחד ברוחבי פס גבוהים. DARPA מציינת geolocation כאחד היישומים האפשריים של ROCkN, בלי לפרסם תוצאות של מערכת מבצעית מלאה. יחס אות לרעש, גיאומטריית הרשת, דיוק מיקום הצמתים והחזרות מן הסביבה נותרים חלק מן הבעיה.
גם בתקשורת יש ערך לתזמון משותף: תיאום בין משדרים, הקצאת חלונות זמן ושידור מבוזר תלויים בהיכרות מדויקת עם הזמן והשהיות הרשת. עבור EW, בסיס מופע משותף עשוי לתמוך בתיאום בין מקלטים או מקורות RF נפרדים. DARPA הזכירה גם coherent power beaming ממספר משדרים קומפקטיים. אלה כיווני יישום שהסוכנות קושרת לביצועי התזמון, לא הוכחה לכך שכל אחת מן היכולות כבר הודגמה במסגרת ROCkN.
ויש עוד נקודת תורפה: כל יתרון יכול להיעלם אחרי יציאת האות מן השעון. חלוקת התדר האופטי ל-RF, מגברים, mixers, ממירים, כבלים, ADCs ומערכות עיבוד מוסיפים רעש מופע והשהיות. תוכנית RAAPTR של DARPA, שהוצגה ביוני 2026, מציבה את האתגר הזה במפורש: לבנות מקור פוטוני בעל רעש נמוך, ואז לשמור את הביצועים לאורך הארכיטקטורה האנלוגית והדיגיטלית ותחת רעידות של פלטפורמה ניידת. חיבור ROCkN ל-RAAPTR אינו רק רצף של תוכניות מחקר. הוא מראה היכן עובר הגבול בין שעון מרשים למערכת RF שימושית.
המבחן הבא: לייצר את אותו דיוק שוב ושוב
באוגוסט 2026 פתחה DARPA את It’s About Time, תוכנית שנועדה להקים pilot manufacturing pipeline לשעונים אופטיים טקטיים. היא נשענת על ROCkN ועל OASIC, תוכנית שעסקה במפרטי רכיבים, packaging, כיול, בדיקות ואינטגרציה של מערכות אופטיות-אטומיות. DARPA מתכננת גם לשלב שעונים בפלטפורמות צבאיות לצורך הדגמות נוספות של יישומים המבוססים על תזמון ברמת picosecond.
IonQ, שרכשה את Vector Atomic ב-2025, הודיעה שקיבלה הארכת הסכם בסך 28 מיליון דולר. לפי החברה, המימון מכסה פיתוח יכולת ייצור ואספקה של 25 שעוני Evergreen-05. אופציה נוספת, שלא מומשה במועד ההודעה, עשויה להוסיף 30 מיליון דולר ו-100 שעונים. המספר 125 מתאר אפוא היקף פוטנציאלי; הסדרה הממומנת בשלב הראשון כוללת 25 יחידות.
IonQ מתארת את Evergreen-05 כשעון אופטי משולב בנפח חמישה ליטרים, עם יציבות תזמון של 50 femtoseconds לאחר שנייה ו-holdover ברמת ננו-שנייה במשך עשרה ימים. אלה מפרטי חברה, ועדיין לא פורסמו לצידם מתודולוגיית בדיקה מלאה ואימות חיצוני פומבי. החברה מתכננת להשקיע 15 מיליון דולר בשטח ייצור ייעודי, בציוד ייצור ובדיקה ובכוח אדם.
הקמת קו כזה מחייבת להפוך עבודת מומחים לתהליך שאפשר לחזור עליו. מערכות לייזר, חללים אופטיים, רכיבי ואקום, frequency combs, אלקטרוניקה וחיבורים פוטוניים צריכים להיארז כך שכל יחידה תעמוד באותם מדדים. יש להגדיר yield, בדיקות קבלה, כיול במפעל, מעקב אחרי drift, שרשרת אספקה ונהלים להחלפת מכלולים. יחידה אחת יכולה להצליח אחרי כוונון ממושך; סדרה צבאית צריכה להגיע לאותה נקודה בלי שכל שעון יהפוך לפרויקט מחקר בפני עצמו.
שם גם תיבחן האינטגרציה עם ארכיטקטורות PNT קיימות. פלטפורמה צפויה להשתמש ב-GPS כאשר הוא אמין, להישען על השעון המקומי בזמן הפרעה ולקבל עדכונים מקישורים או ממקורות אחרים כאשר הם זמינים. השעון האופטי אינו צריך למחוק את GPS מן המערכת. ערכו הוא בהארכת משך הפעולה ללא אות לווייני, ובהצעת רמת סנכרון גבוהה יותר לרשתות שיכולות לנצל אותה.
ROCkN הגיעה, על פי DARPA, מאב-טיפוס מעבדתי לניסויי שדה. It’s About Time תבדוק אם אפשר לייצר את השעונים בעקביות ובמספרים גדולים יותר. אחר כך תגיע הבחינה הקשה באמת: רשת ניידת שתידרש לשמור זמן ומופע לאורך משימה שלמה, בזמן תנועה, במזג אוויר משתנה ואחרי ניתוק וחידוש קישורים. שם יתברר אם הדיוק האופטי נשאר נתון מרשים של שעון, או נעשה לתשתית של מערכת צבאית מבוזרת.
מקורות:
DARPA, “ROCkN Enables GPS-Free Operations”, 2 March 2026: https://www.darpa.mil/news/2026/rockn-enables-gps-free-operations
DARPA, “Robust Optical Clock Network (ROCkN)”: https://www.darpa.mil/research/programs/robust-optical-clock-network
DARPA, “It’s About Time”: https://www.darpa.mil/research/programs/its-about-time
IonQ, “DARPA Selects IonQ to Produce Next-Generation Atomic Clocks”, 6 August 2026: https://www.businesswire.com/news/home/20260806095651/en/UPDATED-DARPA-Selects-IonQ-to-Produce-Next-Generation-Atomic-Clocks
NIST, “Femtosecond Optical Two-Way Time-Frequency Transfer in the Presence of Motion”, 2019: https://www.nist.gov/publications/femtosecond-optical-two-way-time-frequency-transfer-presence-motion
NIST, “Impact of Strong Atmospheric Turbulence on Two-Way Optical Time Transfer”, 2022: https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=935922
DARPA, RAAPTR Proposers Day Presentation, 16 June 2026: https://www.darpa.mil/sites/default/files/attachment/2026-06/darpa-program-raaptr-proposers-day-presentation.pdf
