洞察號到火星距離那麼遠,人類如何操控它?這是什麼原理

2020-12-06 探索浩瀚星空

人類走出地球以後,看到浩瀚的宇宙沒有被嚇倒,反而激發了人類探索宇宙的熱情,這是一種無往不前的精神,正是這種精神的存在,人類的科技才能夠發展如此之快,人類文明才能夠在如此短的時間內走出地球探索宇宙。

人類走出地球之後,探索宇宙的第一站那自然是太陽系,只有把太陽系研究透了,搞明白了,我們才有能力飛出太陽系,去探索更遠的星空。太陽系有八大行星,這是人類探索的重點,這其中火星是科學家關注度最高的一顆行星。

科學家對火星如此關注,最主要的原因是它和地球的環境有些相似,探測器可以登陸火星。其它的行星科學家也非常想探索,比如金星,如果金星表面和火星差不多,科學家最想探索的應該會是金星,它離地球近,而且還是地球的姐妹星。那為什麼科學家不去登陸探索金星呢?原因很簡單,金星表面的溫度太高了,大氣層也非常惡劣,這是一個煉獄星球,探測器根本無法登陸金星表面。

其它行星的表面環境,以現在人類的科技都難以實現登陸,所以火星成為了科學家探索的重點,最新的洞察號火星無人著陸探測器在今年5月發射,歷經半年左右的航行,目前已經成功登陸火星,並將在未來對火星地下環境進行一系列探測。除了最新的洞察號探測器,火星上還有其它的陸地探測器,比如好奇號,機遇號等。

說到這裡,可能很多人都會有一個疑問:火星距離地球這麼遠,人類是如何實現和洞察號的聯繫,並對它進行操控?這是什麼原理。其實對於這個問題,學過一些高等物理的朋友應該都有所了解。它其實和遙控車的操控有些相似,都是通過無線電信號來遙控。當你發出指令,然後無線電信號傳達到遙控車內部的控制系統上,就可以根據指令完成車的各種移動和動作。

洞察號的操控和這個有些相似,不過複雜度要高很多,而且探測器想要登陸火星,也要提前做很多工作,先要在地球上通過電腦模擬來登陸火星,模擬成功後然後會將相關數據和指令輸入火星車探測器。探測器就是依靠這些輸入好的指令來完成工作。

不過,由於火星距離地球比較遠,太空中的通訊必然要中轉才行,洞察號發出的信號也無法直接和地球聯繫,要經過幾道中轉。我們都知道,中國的嫦娥四號已經發射了一周多,很快它就要在月球背面軟登陸,嫦娥四號想要在月球背面實現和地球的聯絡,還需要提前布置在地球和月球之間的中轉衛星才可以。

月球離地球如此近,還需要衛星的中轉,而火星離地球如此之遠,自然也是需要中轉的。當科學家準備發射火星探測器前,會先發射一顆衛星到地球的外太空軌道上,它的任務就是專門用來接收來自火星的信號。然後洞察號火星車發射升空。

洞察號經過長達半年的飛行,到達火星軌道,這個時候還不能直接登陸火星,需要先在火星外太空軌道上發射一顆小型衛星,它用來接收來自火星車傳出的信息,同時傳達地球給火星車發出的指令信息。這一切都準備好之後,探測車就開始按照之前輸入好的指令登陸火星。

當探測器成功登陸火星之後,後面的工作就會按照之前的程度在火星上執行。那麼洞察號如果拍了火星的照片,它要如何傳回地球呢?其實也不複雜,它先將圖片轉換成數據信號 ,然後通過無線電傳送給火星外太空軌道上的那顆衛星,這顆衛星接收到信號之後再傳送到地球外轉的那顆衛星,最後再傳回到地球的接收站。整個過程需要20分鐘左右。

可能有人會說了,還需要20分鐘啊,時間夠長啊,事實上這已經是非常快的傳輸速度了,要知道無線電信號是通過光速來傳播的。宇宙中的距離單位是光年,光速在我們看來那是快到不可思議的速度。但在宇宙中,光速只能算是基本速度,不算是多麼快的速度。

不過,人類現在的科技有限,光速是目前通訊最快的速度,也是人類探索宇宙通訊的最快速度,火星和地球的距離其實並不算遠,通訊還有20分鐘左右的延遲,如果更遠的星球,通訊時間會更長。現在正在太陽系邊緣探索的新視野號飛船,傳送一次照片需要若干個小時才行。

目前人類還沒有飛出太陽系,但隨著科技的快速發展,未來我們必然會走出太陽系,去更加遙遠的星系探索,甚至走遍銀河系的每一個角落。而通訊是宇宙探索必不可少,如果還是現在只有光速的無線電信號,那肯定是滿足不了需求的。

試想,未來人類的宇宙飛船到達了離地球100光年的星系,地球想和飛船聯繫,來回需要200年的時間,這明顯是不行的,如果遇到緊急事件,需要飛船返回地球的時候,等無線電信號送達的時候,早就黃花菜都涼了,因此未來的太空通訊必然需要更加快速的通訊方式,速度要超越光速。

我們在一些科幻電影中可以看到,飛船在星際間航行,通訊都是即時到達,即使相隔幾光年的距離,也可以做到即時通訊,可能有人會覺得這種通訊方式只能在電影中出現。但在未來,它一定會在現實中出現,這是更高級別的通訊,比如量子通訊,或者比量子通訊還要先進的通訊方式,它的速度遠遠超過光速。

小夥伴們,你們對宇宙的無線電通訊方式有何看法?歡迎大家在下方留言討論,發表自己的見解和看法。

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