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188体育注册:在月球上“蹭”GPS 总共分几步?

2020-03-31

在月球上“蹭”GPS 总共分几步?

 

 

  美国太空网等媒体近日发布音讯称,188体育注册:为实现重返月球的宗旨,美国国家航空航天局(NASA)科学家起头停止“月球导航”验证。他们体现目前地球轨道上的GPS卫星发射的信号,在月球上能够领受利用,定位精度能到达200米至300米。

  在月球上竟能用“蹭”到的GPS信号导航?中国航天科工集团二院钻研员杨宇光对科技日报记者体现:“这个方法行得通。”

  地球导航卫星信号能让月球“沾光”

  众所周知,导航卫星的信号波束都是朝向地球发射的,想在月球上领受到导航信号,条件是卫星、地球、月球三者的位置关系餍足必然要求。

  不妨事想象一幅画面:如果导航卫星是一盏灯,从地球“前面”发出圆锥形的光束照向地球,那么当月球运行到地球“斜前方”必然位置时,就能被漏过来的光线照到。

  杨宇光体现,导航卫星的信号主波束恰是如许一个圆锥形,不但能笼盖地球,并且范围还稍宽一点。地球挡不住的信号,就能让月球“沾光”。

  GPS星座由24颗卫星组成,它们均匀散布在6个轨道面,在间隔地面20200公里高度的中圆轨道上飞行。应该说,能把信号传向月球的概率并不低,但可能不足以支持月球上的探测器像在地球一样导航。

  大家在生活中利用导航软件时都知道,要实现精确定位,对能领受到信号的导航卫星数量有要求,通常至少必要4颗以上卫星。杨宇光说,在航天器定位概念中,这种通过领受多颗卫星信号实时计算自身位置的体例被称作几何定轨。

  而月球上的航天器显然无法保证能同时“蹭”到4颗GPS卫星信号,这就必要采用另一种定位体例——动力学定轨。杨宇光说,好比月球航天器在1点钟收到了A卫星的信号,2点收到B卫星信号,3点收到C卫星信号……它不成能实现几何定轨,但能够通过在一段工夫内,收到几颗卫星在某个弧段发来的数据,最终计算出自身的轨道。只不过这种体例花费的工夫较长。

  此外,月球导航面临的核心问题是领受信号的强度。杨宇光说,GPS卫星距地球2万公里,再到月球,间隔可能到达40万公里摆布,信号已经非常微弱。因而月球探测器上领受信号的天线有多大尺寸成为关键。要具备更强的信号领受才能,就必要大天线,但从航天器研制、发射角度来说,却希望天线越小越好,此中存在抵牾。

  不过他以为,这并非无法并吞的手艺难题,只是要多付出一些代价。

  专家建议打造“月球导航卫星体系”

  终究上,自从人类发展航天流动以来,航天器的测轨、定位就必不成少。

  杨宇光介绍说,以探月流动为例,美国阿波罗任务主假如基于地面的测控停止导航定位。我国的嫦娥任务,也是通过地面测控定位,连系紫外月球敏感器以及其他传感器实现组合导航。如许的体例定位精度并不高,但能够餍足绕月或落月过程的必要。

  近年来,人类重燃探月热情,其目的也由半世纪前主要办事于政治转向开发月球资本,因而探月流动将更为复杂。比方NASA正在为宇航员重返月球做准备,其前期任务包孕在月球南极附近的火山口中开采冰层,获取水用于生活并分解为燃料所需的氢和氧。未来NASA宇航员还要与前期发送的登月车、补给车、钻井等设施会合。这都必要具备较为切确的定位才能,这也恰是他们希望使用GPS导航的起因。

  记者体会到,切实不光NASA,多国航天专家都在发展月球导航钻研。杨宇光以为,未来实现这一目的最直接有效的路子,是列国合力在近月空间建立时空基准,具备定位、授时功能。简言之,就是打造一套“月球导航卫星体系”。

  他说,截至目前,人类在探月流动中利用的导航定位伎俩效果都不是很好,有的代价也很大,很难餍足未来的月球开发必要。若是未来能在月球附近,比方地月拉格朗日1点、2点、月球南北极以及绕月轨道等位置安排几颗导航卫星,就可以为环月飞行器和月球着陆器等提供切确的位置、速率信息和工夫基准,从而让探月流动愈加安适、便捷。这也将是未来月球基地建立的重要组成局部。

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  深空原子钟:让航天器自主导航

  通俗的导航仪让驾驶者随时知道自身所在方位和车速。在太空中飞行的太空船、探测器也必要如许的信息。

  目前这些太空飞行器依赖地球上的导航器提供信息停止导航。详细来说, 地面天线通过双向中继体系向航天器发送信号,然后航天器把信号发射回来。通过测量信号的往返工夫,地面原子钟能够帮手确定航天器的位置。这种导航方法意味着,无论太空探究任务在太阳系中行进至何处,航天器依然像一只被拴在地球上的风筝,等待来自地球的行进指令,能力继续前行。

  并且这种导航体例还面临一个问题——离地球越远信号来回的工夫越长,从几分钟至几小时不等。以火星任务为例,信号来回必要40分钟。来自地球的导航数据传输工夫很长,会对导航精确性产生晦气影响。即使一秒的偏向也可能意味着肩负登陆火星任务的航天器将从十几万公里的地方掠偏激星。

  为此,美国国家航空航天局(NASA)推进了深空原子钟的试验,目前深空原子钟已经搭乘“猎鹰”重型火箭进入太空。据悉,NASA的深空原子钟对每一秒计量的一致水平大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也就是每1000万年才会出现1秒钟的误差。这种新的原子钟使用带电的汞原子或离子来计时,而目前地球GPS卫星上的原子钟则利用中性的铷原子来计时。因为深空原子钟内部的汞原子带有电荷,它们会被困在电场中,因此无法与其容器壁彼此作用;比拟之下,GPS原子钟内部的这种彼此作用会导致铷原子失去节奏。

  有了深空原子钟,航天器将用其来测量追踪信号从地球抵达飞船所需的工夫,而无需将信号发回地面的原子钟停止测量,这将使航天器可以果决自身的轨道。

  能自我定位、自主导航的航天器能够使宇航员在不必要领受地球指令的环境下,自行穿越太阳系。因为航天器能自我定位,宇航员就能够愈加机动地发展举措,更及时地对意外环境作出反馈。

(责编:赵竹青、吕骞)

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