人类的无线控制技术最远能控制多远的人造飞行器?
无线电是电磁波的一种,而电磁波可以在真空中传播,没有距离限制,所以理论上来说,无线控制技术能够控制的距离范围是无限的。当然,理论遇到实践的时候,总会受到各种各样的限制。所以这个距离也不可能无限远。
首先,无线电的传播速度是有限的,在真空中就是光速。虽然光速是宇宙中最快的速度,每秒达到将近30万公里,但这个速度对于茫茫宇宙来说,也实在是有点慢。地球以外最近的天体是月亮,离我们有38万公里,无线电信号要传1秒多钟才到。太阳,是离我们最近的恒星,距离我们1.5亿公里,无线电信号就要8分钟才能传到。对于飞得更远的航天器来说,控制信号在时间上的延迟意味着,我们无法对它们进行实时控制,只能提前设定好程序,让航天器按时间表来执行任务。
比如2015年7月,NASA的新视野号飞掠冥王星的时候,冥王星距离地球超过49亿公里,无线电信号用光速,也要花超过4.5个小时才能从地球发送到新视野号探测器上,这么久的时间延迟让我们无法对新视野号的飞掠进行实时控制,只能让它按照之前预设的流程展开各类探测工作。事实上,直到飞掠后几乎一天,在完成全部探测工作后,新视野号才有机会向地球发回一切都好的报平安信号。
其次,随着距离的增加,无线电信号的强度也会减弱。这一点很好理解,就好像同样亮度的灯泡,距离我们越远,发出的亮光看起来就会越暗一样。航天器距离我们越远,我们就必须使用越来越大的天线,发出越来越强的控制信号,来能保证这些信号在传到航天器时,仍然有足够的强度,能够被航天器上的天线接收到。正是为了与分散在太阳系各处的深空探测器取得联系,NASA才在世界多个地方修建了许多口径达到几十米的巨大天线,组成了所谓的“深空网络”(下图)。
话说回来,到目前为止,人类能够控制的最远航天器又是哪个,距离我们又有多远呢?答案是1977年从地球出发的旅行者1号。2017年12月,NASA控制旅行者1号启用了37年未曾使用过的推进器,调整了探测器的姿态,让它把天线对准了地球。当时旅行者1号距离地球超过200亿公里,光速需要超过19.5个小时才能传到那里。
这是人类迄今用无线电技术控制过的最远航天器。
在1864年,麦克斯韦预测了电磁波的存在。而在1888年,赫兹在实验室中证实了电磁波的存在。又到了1895年,波波夫发明出了无线电接收机。
也就是说,无线电波被发现至今已经过去了133年。在这133年时间离里,利用无线电传递信息,探测物体的设备被一一发明出来。如发报机,手机,雷达,卫星等等。
如今,人们的生活根本就离不开无线电波。离开了无线电波,很多设备都无法使用,对人类的生活也会造成较大的影响。
如果说,无线电波在生活领域的应用比较广泛;那么,在科技领域,基本上就离不开无线电波。
目前来说,无线电波的频率在3hz~3000Ghz之间,波长在1丝米~100兆米之间。传播速度为300000千米/秒,毕竟无线电波也隶属于电磁波的一种。也正好是,由于无线电波的传播速度接近光速,所以其应用领域才极为广泛。
由于无线电波属于电磁波,所以其传播范围可以无限远。不过估计会被黑洞给吸收了,毕竟黑洞是连光都可以吸收的,而光和无线电波同属于电磁波。那么,无线电波也无法逃出黑洞的。
也就是说,无线电波可以传播到除了黑洞以外的任何地方。所以,从理论上来看,无线电波是可以传播到无限之远的地方。
既然无线电波可以传播到无限远的地方,从理论上来说,是可以控制到无限远处的飞行器。前提是,该飞行器是一定要可以接受到无线电波。
现阶段,人类发射的,飞行最远的,飞行器也就是旅行者1号,该飞行器距离地球超过230亿千米。
从理论上来看,人类发射的无线电波,在经过21个小时之后,是可以被旅行者1号所接收到的。但现实是,旅行者1号已经与地球失联了,根本不知道它飞到哪里,距离地球有多远。
也就是说,人类发射的无线电波,都无法有效的控制距离地球230亿千米的旅行者1号飞行器。那距离再远一些的话,更无法做到有效控制了。
而距离地球180多亿千米的旅行者2号,与地球的联系也是断断续续,也无法做到有效的控制。
再近一点就是小行星探测器了,毕竟小行星还是在太阳系内部,距离地球也不算太远。
在2019年11月份,隼鸟二号小行星探测器,在龙宫小行星的表面进行了取样。此时龙宫小行星距离地球3.5亿千米。
在2020年10月20日,奥西里斯-REx小行星探测器在贝努小行星表面采集了样本。此时贝努小行星距离地球3.2亿千米。
而地球发射的无线电波是可以有效控制隼鸟2号,奥西里斯-REx小行星探测器的。也就可以证明,人类发射的无线电波可以控制远在3亿多千米之外的飞行器。
由于无线电波在空气中呈现扇面妆的传播,所以在传播过程中是要扩散衰减的。随着距离的增加,扩散的范围越来越大,那么平均到每个地方的能量也就越来越少,当然这是在大气层中的。
即便到了真空中,电磁波也会衰减的。主要就是电磁波是乘扇面传播的,不可能让它沿着特定的直线传播,这样传播越远的距离,所具有的能量就越少。不过这种衰减要比大气层中弱的多的多,基本上可以忽略不计的。
当然,无法控制距离地球较远的飞行器,也不仅仅是无线电波在传播过程中存在衰减的,还有飞行器的寿命问题,当其电能耗尽之后,接收器也无法工作,这样也无法接收到指令。
由于人类发射的无线电波存在衰减问题,所以无法控制距离地球较远的飞行器。但是人类可以接收到较远距离上的无线电波。
位于我国贵州省的FAST,已经接收到1652次,来自30亿光年之远的无线电信号。而FAST最远可以接到137亿光年之外发射的信号。由此可见,人类发射无线电波的技术,远没有接收无线电波的技术先进。
人类的无线控制技术最远能控制多远的人造飞行器?
如果要做到实时控制的话也就在地月系内吧,因为这个来回2S的延迟还能接受,如果要控制火星上的火星车的话,需要先对周围的地图做个详细了解,规划好一条线路,然后在行进,但如果突然出个幺蛾子,那就瞎了,因为应对突然出现的情况需要单向超过分钟地球才能做出反应,然后回传的信号又需要超过2分钟才能接收到,也就是说火星车需要在5分钟多后才能真正处理这个突然出现的状况(假如需要人工介入控制的话)!
所以我们所用的就不能用控制来说形容飞行器了,而是大部分都需要自主控制,只有某些预置好的动作由我们人工介入控制,否则.....早就翻车了!
就如与旅行者之间的沟通,有多少是控制呢?大部分都是数据传输,而且这个传输的比特率比拨号网络还慢几百倍,您看如果让你来控制的话,可能会发疯......如果不信的话,我们来计算下:
以旅行者100天文单位处为计算目标:
100天文单位=150亿千米/30万千米/S=13.89小时 单向信号传输时间!
那么一个来回需要多久呢?13.89小时×2=27.28小时,你才能知道结果!
那个不叫控制,叫做玩一把算数.....这个信号发出后,你可以出去吃个饭,泡个吧,然后睡一觉,起来后还可以去玩半天,再到办公室来等消息......
另外这个距离却也不是无限的,和信号强度有关,与天线口径也有关系,我们地球上的天线可以做到几十米甚至数百米,但探测器的空间是有限的,不可能做到那么大,所以.....未来的距离,如果是无线电信号的话,也就是日球层附近了,或者2倍距离,或者3倍距离,没什么区别,因为这个位置已经空荡荡了,没什么特别需要观测的天体,里最近的恒星么又太远,别想了,我们的无线电信号到不了那里,即使地球上最强大的射电望远镜发射超强信号,也到不了1光年以外.....(其实这样形容是不对的,无线电信号会一直跑下去,但已经被背景辐射所淹没了)
到目前为止,人类能够控制的最远航天器又是哪个,距离我们又有多远呢?答案是1977年从地球出发的旅行者1号。2017年12月,NASA控制旅行者1号启用了37年未曾使用过的推进器,调整了探测器的姿态,让它把天线对准了地球。当时旅行者1号距离地球超过200亿公里,光速需要超过19.5个小时才能传到那里。
这是人类迄今用无线电技术控制过的最远航天器。
其次,随着距离的增加,无线电信号的强度也会减弱。这一点很好理解,就好像同样亮度的灯泡,距离我们越远,发出的亮光看起来就会越暗一样。航天器距离我们越远,我们就必须使用越来越大的天线,发出越来越强的控制信号,来能保证这些信号在传到航天器时,仍然有足够的强度,能够被航天器上的天线接收到。正是为了与分散在太阳系各处的深空探测器取得联系,NASA才在世界多个地方修建了许多口径达到几十米的巨大天线,组成了所谓的“深空网络”。
遥控器的距离大概是五米到十米
无人机和遥控车无线控制距离在几十米到一百米
载人航天器可以无限控制距离在几千里以上
阿波罗登月大概在百万公里
应该在太阳系内,