03.02 人類的無線控制技術最遠能控制多遠的人造飛行器?

木象的象木


無線電是電磁波的一種,而電磁波可以在真空中傳播,沒有距離限制,所以理論上來說,無線控制技術能夠控制的距離範圍是無限的。當然,理論遇到實踐的時候,總會受到各種各樣的限制。所以這個距離也不可能無限遠。


首先,無線電的傳播速度是有限的,在真空中就是光速。雖然光速是宇宙中最快的速度,每秒達到將近30萬公里,但這個速度對於茫茫宇宙來說,也實在是有點慢。地球以外最近的天體是月亮,離我們有38萬公里,無線電信號要傳1秒多鍾才到。太陽,是離我們最近的恆星,距離我們1.5億公里,無線電信號就要8分鐘才能傳到。對於飛得更遠的航天器來說,控制信號在時間上的延遲意味著,我們無法對它們進行實時控制,只能提前設定好程序,讓航天器按時間表來執行任務。

比如2015年7月,NASA的新視野號飛掠冥王星的時候,冥王星距離地球超過49億公里,無線電信號用光速,也要花超過4.5個小時才能從地球發送到新視野號探測器上,這麼久的時間延遲讓我們無法對新視野號的飛掠進行實時控制,只能讓它按照之前預設的流程展開各類探測工作。事實上,直到飛掠後幾乎一天,在完成全部探測工作後,新視野號才有機會向地球發回一切都好的報平安信號。


其次,隨著距離的增加,無線電信號的強度也會減弱。這一點很好理解,就好像同樣亮度的燈泡,距離我們越遠,發出的亮光看起來就會越暗一樣。航天器距離我們越遠,我們就必須使用越來越大的天線,發出越來越強的控制信號,來能保證這些信號在傳到航天器時,仍然有足夠的強度,能夠被航天器上的天線接收到。正是為了與分散在太陽系各處的深空探測器取得聯繫,NASA才在世界多個地方修建了許多口徑達到幾十米的巨大天線,組成了所謂的“深空網絡”(下圖)。



話說回來,到目前為止,人類能夠控制的最遠航天器又是哪個,距離我們又有多遠呢?答案是1977年從地球出發的旅行者1號。2017年12月,NASA控制旅行者1號啟用了37年未曾使用過的推進器,調整了探測器的姿態,讓它把天線對準了地球。當時旅行者1號距離地球超過200億公里,光速需要超過19.5個小時才能傳到那裡。


這是人類迄今用無線電技術控制過的最遠航天器。


Steed


人類的無線控制技術最遠能控制多遠的人造飛行器?

如果要做到實時控制的話也就在地月系內吧,因為這個來回2S的延遲還能接受,如果要控制火星上的火星車的話,需要先對周圍的地圖做個詳細瞭解,規劃好一條線路,然後在行進,但如果突然出個么蛾子,那就瞎了,因為應對突然出現的情況需要單向超過分鐘地球才能做出反應,然後回傳的信號又需要超過2分鐘才能接收到,也就是說火星車需要在5分鐘多後才能真正處理這個突然出現的狀況(假如需要人工介入控制的話)!

所以我們所用的就不能用控制來說形容飛行器了,而是大部分都需要自主控制,只有某些預置好的動作由我們人工介入控制,否則.....早就翻車了!

就如與旅行者之間的溝通,有多少是控制呢?大部分都是數據傳輸,而且這個傳輸的比特率比撥號網絡還慢幾百倍,您看如果讓你來控制的話,可能會發瘋......如果不信的話,我們來計算下:

以旅行者100天文單位處為計算目標:

100天文單位=150億千米/30萬千米/S=13.89小時 單向信號傳輸時間!

那麼一個來回需要多久呢?13.89小時×2=27.28小時,你才能知道結果!

那個不叫控制,叫做玩一把算數.....這個信號發出後,你可以出去吃個飯,泡個吧,然後睡一覺,起來後還可以去玩半天,再到辦公室來等消息......

另外這個距離卻也不是無限的,和信號強度有關,與天線口徑也有關係,我們地球上的天線可以做到幾十米甚至數百米,但探測器的空間是有限的,不可能做到那麼大,所以.....未來的距離,如果是無線電信號的話,也就是日球層附近了,或者2倍距離,或者3倍距離,沒什麼區別,因為這個位置已經空蕩蕩了,沒什麼特別需要觀測的天體,裡最近的恆星麼又太遠,別想了,我們的無線電信號到不了那裡,即使地球上最強大的射電望遠鏡發射超強信號,也到不了1光年以外.....(其實這樣形容是不對的,無線電信號會一直跑下去,但已經被背景輻射所淹沒了)


星辰大海路上的種花家


遙控器的距離大概是五米到十米

無人機和遙控車無線控制距離在幾十米到一百米

載人航天器可以無限控制距離在幾千裡以上

阿波羅登月大概在百萬公里


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