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人类如何遥控操作远离地球的太空探测器?
文|读史溯源
美国在1***7年8月和9月分别发射了两枚宇宙探测器,旅行者1号和旅行者2号。旅行者1号在2012年飞入星际介质,到了2019年,旅行者1号已经距离地球211亿公里。旅行者2号在2018年穿过太阳风层,距离地球180亿公里,两枚探测器大概还需要300年进入奥尔特云小天体聚集区,穿过这个区域大约需要3万年,这才算真正脱离太阳系,也许人类文明不存在了,他们还在太空翱翔,传递曾经的文明之火。
几百亿公里真的是非常遥远,是天文数字,但人类依旧对探测器进行掌控,靠的是什么?以光速传播的电磁波
探测器装有三个同位素放射性元素的核电池,作为动力源,供电能力会以每年4瓦的速度衰减,理论上可以坚持到2025年,这就保证探测器能持续发射信号,大概功率在几十瓦左右,跟冰箱灯泡差不多大小。
虽然功率低,但也足够用了,因为宇宙是真空状态,无线电波在理论上是没有衰减的,即使有放射性粒子干扰,也是可以将信号传递到地球,旅行者号上的陀螺仪保证了发射方向一直对着地球,不会丢失目标,真正要求高的是接收装置。
在加利福尼亚州的莫哈韦沙漠,那里伫立着NASA的戈德斯通深空通讯装置,直径70米的弧形的天线非常醒目。在西班牙马德里、澳大利亚堪培拉等地也架设相似的通讯装置,他们在一起构成了天线阵列,这就相当于拥有了非常灵敏的耳朵,可以接受遥远太空传过来的电磁波信号。就算电磁波功率仅有百亿分之一瓦,也能接收得到。同样,在旅行者号上,也有一个大耳朵,形状像大锅的接收器,叫做高增益天线,直径有3.7米,可以接收频率高达8GHz的信号,信噪比非常高,地球与旅行者号的传递时间大概有十个小时的延迟。
40多年的飞行,旅行者号逐渐开始失去控制
旅行者1号已经失联,2号到达柯伊伯带附近,传递的信号越来越奇怪,专家们分析是宇宙中存在大量的辐射,旅行者号探测器长期在太空中飞行,探测器上的零部件被辐射影响出现老,导致无***常工作,所以传递到地球的信息越来越不完整。尽管如此,两个探测器依旧代表着人类向着太阳系外探索,永不停歇的飞向星辰大海。
谢谢邀请。
下面本人将从无线电波传播特性角度,谈谈个人观点。
根据麦克斯韦电磁学理论,无线电波信号强度与传播距离的平方成反比关系。即无线电波的强度,会随着传播距离的平方衰减。
拿地月距离和地火距离比较。地—月平均距离为3.4*10^5(千米),
地—火最近距离5.5*10^7(千米)
最远距离是4.0*10^8(千米)。按照火地最远距离计算,把同样强度无线电信号发射到火星,需要的信号强度比应该为
(4.0*10^8/3.4*10^5)^2=(1.1765*10^3)^2=1.3843*10^6
即两者信号强度比大约是一百三十八万倍。
按照最近距离计算,把同样强度的无线电波信号发射到火星,需要的信号强度比为(5.5*10*7/3.4*10^5^2=(1.617*10^2)^2=2.6146*10^4。即两者的信号强度比应该是1:26万倍左右。
如果以太阳系为例,将一个同样强度的无线电信号发射到月球,和将同样强度信号发射到太阳系边缘,需要的无线电波强度比应该为:
通过特定频率的无线电波和高增益定向天线阵列来实现地球基地与太空探测器的通讯和控制。不过因为有些深空探测器过于遥远、探测器被星体阻挡或者着陆过程中探测器与气体剧烈摩擦升温而产生的等离子体的影响的因素,很多具体的控制都由探测器自主完成,探测器必须具备一些自主决策能力。比如欧洲航天局的菲莱探测器登陆60亿公里之外的彗星,无线电波单程耗时就超过5个小时,所以地面基地实时指挥控制探测器着陆是根本不可能的,只能靠探测器自身的计算机来判断决策,这个登陆过程只能听天由命了。火星比较近,但是好奇号登陆火星也是自主完成的。
深空探测器探测的主要目的是为了了解太阳系的起源、演变和现状,通过对太阳系内的各主要行星的比较研究,进一步认识地球环境的形成和演变。
旅行者1号
深空探测器远离地球几亿公里,无线电信号传输时间长,地面不能进行实时遥控,如果要保证能够按照既定的路线运行,所以行星和行星际探测器的轨道控制系统应有自主导航能力。另外为了保证轨道控制发动机工作姿态准确,通信天线需要始终对准地球。
为了将大量的地球指令发给探测器,以及探测数据和图像传送给地面,必须解决低数据率极远距离的传输问题。解决方法是在探测器上***用数据压缩、抗干扰和相干接收等技术,还须尽量增大无线电发射机的发射功率和天线口径,并在地球上多处设置配有巨型抛物面天线的测控站或测量船。深空探测器上还装有计算机,以完成信息的存贮和处理。另外深空探测器还需要配备能够供电的空间核电源。
深空网络射电望远镜FAST天眼
目前人类最远的深空探测是40多年前发射的旅行者1号,已经距离地球超过190亿公里,马上就要离开太阳系,进入星际飞行。旅行者1号通信系统包括一个直径3.7米的抛物线碟形高增益天线。通过地球上的三个深空网络射电望远镜站点发送和接收无线电波。这三个巨大的无线电天线网络,位于加利福尼亚州戈德斯通、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉附近,最大的天线直径为70米,大约呈120度。
太空探测器远离地球几亿公里,人类还能操控,距离如此之远如何能遥控?
不过,飞得太远,就有延时而已。不但会有延时,还有发送接收都需要更大的功率和精准度。
人类飞得最远的太空探测器是旅行者1号,截止到我写着这篇文章的2020年5月24日13点12分,NASA网站监控旅行者1号的即时数据表明,旅行者1号距离***23.33亿千米,距离地球222.1亿多千米;目前的飞行速度相对太阳为17km/s,相对地球速度为29.9千米/s。(下图)
不过现在旅行者1号只有很少的仪器还在工作,只是还在发送一些数据回来,这边已经停止了对它的操控。
NASA的科学家通过收集到的信息发现,旅行者1号主发动机功能弱化,为了启动了休眠30多年的***发动机,通过深空网络,向旅行者1号发出了指令。
当时的旅行者1号距离地球200多亿千米,信号以每秒约30万千米传输过去,需要19个多小时才能到达旅行者1号,又过了19个多小时人们收到了旅行者1号的回信。
旅行者1号的应答表明,它忠实的执行了地球主人发出的指令,4个***发动机启动正常。
这以后,旅行者1号就按照设定好的航线,无牵无挂自主的向太阳系外飘去,剩余的一点点电力还继续将一些简单信号发送回来。
到了2025年,旅行者1号的三块核电池都将耗尽,旅行者1号完全失去了任何动力,只依靠惯性,以每秒相对太阳17千米的速度向太阳系外飞去。
17600多年后,将飞出太阳系边缘的奥尔特云带;4万年后,会经过向我们靠近的蛇夫座AC+79 3888恒星;73600多年后,经过半人马座比邻星。然后,向***系中心飞去,一往无前。
高中生社会实践活动有哪些?
1.到养老院去看望老人,给养老院的老人送去温暖,跟他们聊聊天,学一下按摩的专业手法,可以真正帮助他们放松。
2.参与无偿献血。乐于助人,救死扶伤是中华民族的优良传统美德,无偿献血是为了保证医疗临床用血的需要,自愿献出身体部分血液而不获取任何报酬的一种高尚行为。
3.去***院做公益活动。陪小朋友玩游戏,给他们讲故事,陪他们聊天,教他们读书识字,辅导他们的功课等。
4.报名志愿者,可以去相关的志愿者招聘网站,报名志愿者,当招待后勤保障工作人员。
5.捐衣送暖活动。把自己不用或者***的旧衣物以及书本玩具等捐赠给贫困的边远地区,为他们送去温暖,带去自己的一份力量。
高中生社会实践活动有以下几个可实施的:
1.参加集体组织的夏令营活动。2.去敬老院慰问帮助老人。3.义务参加街道环卫工作。4.帮助社区写一些宣传栏里的东西。5.募集帮助贫困儿童。
狭义的社会实践即***期实习或是在校外实习。对于在校大学生具有加深对本专业的了解、确认适合的职业、为向职场过渡做准备、增强就业竞争优势等多方面意义。也有些学生希望趁暑***打份零工,积攒一份私房钱。
孤儿院和敬老院等先和你所选择的对象的负责人联系好,确定时间和人数。每个人可以看能力交点钱买点礼品,比如牛奶什么的。确定到那后要进行的活动以及给每个人分工,像是拖地,热牛奶再发下去,聊天什么的。这也是很考验组织能力的
参观类活动也是和博物馆相关人员联系(可以盖社会实践的章来着,我们当时就盖了),提前了解下相关知识,较好有个人介绍啥的,比较考验口才。
高中社会实践活动有:
1,博物馆、美术馆、名胜古迹、名人故居或纪念馆等地做义务讲解员 。
2,餐厅饭店做义工 。
3,去养老院、残疾学校等地慰问老人、残疾儿童等弱势群体 。
4,去社区、小学向老人、小学生教授英语 。
5,去超市工作。
6,帮助商场、企事业单位做市场调研。社会实践即***期实习或是在校外实习。对于在校大学生具有加深对本专业的了解、确认适合的职业、为向职场过渡做准备、增强就业竞争优势等多方面意义。
社会实践主题有很多方面,如社区科技文化活动,参加社区各种形式的精神文明建设活动,如拥军拥属,敬老服务,法制宣传,板报宣传,村农技站的科技活动,科普活动,扫盲辅导,电脑培训等;
2社区环境建设活动就是参加社区内力所能及的物质文明建设,如居民小区的公共卫生,城市交通秩序维持活动,村镇环保卫生,领养绿地等;志愿性的活动就是如为社区特殊人群的生活服务,家政服务,社区图书馆的管理,中小学生***期活动辅导,支援农忙等。
广东最美的海边是哪里?
广东最美沙滩?见人见智,每个人的观点不同,但在这里我首推台山下川岛,下川岛离大陆最近距离5海里,交通虽没有大陆的沙滩方便,但胜在空气清新,岛上植被达到80%.水清沙幼,椰树成林,海鲜鲜美,确实值得一游!
广东的海岸线长,海滩***非常丰富,而且各个海滩的开发程度都比较高。对于所谓最美海滩,这个真无法定义,因为每一个人眼中的最美的定义都不一样。
对于所谓的最美海滩,我们只能以个人的审美作为标准去定义,下面是壹起旅游眼中的--广东最美的海滩。
1、杨梅坑
杨梅坑位于广东省深圳市南澳镇的东北面,地处大亚湾内。
杨梅坑海岸线很漂亮,海水也很清澈,这种清澈程度,让你不敢相信这是地处高度发达的深圳地区。租辆自行车,沿着海边骑行,你会获得一种前所未有的畅快感觉。
杨梅坑是一个婚纱摄影的美丽天堂,杨梅坑这里汇聚国内知名婚纱摄影拍摄基地。同时,杨梅坑也是出海快艇的集中地,在这里有非常多的快艇出租, 可去三门岛,大小辣甲岛等。
周星驰《美人鱼》就是在这里取景。
2、吉钓沙
1.阳西县沙扒镇月亮湾碧海蓝天度假村的海滩最适合游泳;2.前海渔村,是一个原生态的小渔村,同处月亮湾,但是商业化完全没有,只有几间民宿,传统拖地网,更是当地一大特色。
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