登录    |    注册

您好,欢迎来到中国测试科技资讯平台!

首页>科技情报>航空领域的黑科技(转载)

航空领域的黑科技(转载)

1064    2019-02-07    发布者:中国测试杂志社    来源:知乎

免费

资料售价

作者:太空精酿

本人航天领域,这个领域号称是工业的皇冠或皇冠上的明珠这些,那我也来介绍一颗自己研究的卫星,ESA(欧洲空间技术研究局)的GOCE卫星(重力场和稳态海洋环流探测)。  导师全程参与了这个项目的论证、管理及科研工作,本人也做过很多研究,跟大家说起来也得心应手。

这颗卫星是2009年3月27日发射的。最主要作用是详细测量地球重力场,2013年已经返回地球了。

众所周知,地球不是个球体,但也不是个椭球,而是个异常复杂有着不同重力分布的奇怪物体,如果按照重力场的异常/变化去画,地球基本上是这个样子的(注意,这个并不代表地球的真实形状)

而且这个重力场还是在不断变化的。为了获得如此精细的测量信息: 1.卫星自然不能飞得过高,就好比拿尺子测桌子长度必须紧贴在上面一样; 2.卫星必须得带超高精度的尺子,千分尺肯定比米尺读出来的有效位数高,这个显而易见了。

那么,这颗卫星就飞在了250千米高的轨道上,这个轨道忒低了,一般卫星进入这个就变成了自杀模式:这个高度上的空气密度虽然只有地球表面一亿分之一不到,但由于卫星飞的速度在7km/s以上,依然有“比较大”的摩擦力。这个力对最小的生物几乎都不会有影响,但对卫星寿命影响很大,会导致卫星轨道降低提前失效返回地球。

对于GOCE卫星而言,这个摩擦力也会影响重力测量仪器,所以要把它修正掉。用的是一种叫做等离子发动机的东西。

它利用电离的氙,在电磁场里加速到40000m/s的速度喷出去,产生反作用力形成推力,帮助GOCE卫星实时抵消空气阻力。 整个过程是全自动的,它的作用力大概在毫牛顿级别。这个力的大小大概相当于你喝牛奶时一滴奶不小心掉到了地上,然后它这个落地的冲击力用来推送这颗将近15个你(你有60公斤?)体重的卫星去克服阻力飞行。只用了40公斤氙燃料,整个任务期间全程保持发动机开动,推了这颗卫星四年时间!燃料用完,卫星两个月就被大气拖回地球了。都说了,它最重要的还是为了测量重力,既然飞了这么低,肯定要用超级精密的“尺子”来丈量地球啊。用的是下面这个重力梯度仪。

这玩意全世界只有一家欧洲的公司能造出来,连美国人都不卖,因为这个东西实在太可怕了。它可以测量到十亿分之一的重力,这是个什么概念呢?

大概是一片雪花落到了一艘百万吨的巨轮上,对巨轮产生的加速度。  这是欧空局官方介绍ppt中的例子,这个精度实在是匪夷所思!

那么这么多精密的仪器在测量,咱们怎么也得精确知道卫星的位置吧,毕竟没有精确位置信息的测量数据都是木有用的。咱们就用GPS,这也是我做的课题:用GPS给这些卫星确定位置。

这颗卫星每90分钟就绕着地球飞一周,中间跟你隔着大气层和各种干扰因素。就在这种情况下,利用这些飞得高的(20000千米)卫星去定位飞的低的(250千米),我都能把这颗卫星的轨道精度定在了2厘米以内。

是的,是2厘米!

上面这几个字长度就大概两厘米长。 但卫星一秒就飞了7000多米。为了获得这个精度,先不说必然要考虑的地球月球太阳引力、卫星的各种建模、太阳光压、地球潮汐了,就连大气潮汐、地球反射的太阳光造成的光压,都要考虑进去。

为啥我知道是50px精度,打激光啊,全球有几十个激光站,每个都在24小时自动工作,时时刻刻都在往天上打激光,检验这些卫星的位置精度。这些激光的准度在1毫米以内。

那咱们也不能光知道位置啊,还得知道卫星的角度,咋办?

用下面这个叫做恒星敏感器的东西。

看起来相貌平齐? 这玩意说起来也简单,对着太空拍照,拍下来之后跟自己存的宇宙背景图对比,然后就知道自己的姿态信息了。 这个精度在角秒级别!!!没概念? 圆的一周是360度,每一度都是3600个角秒。所以它的精度在3600分之一度这个级别上,别挤眼了,你用肉眼是不可能看出这个级别的。这还没完,它还全身各种微冲发动机、热控措施更是举世无双,但太专业就不跟大家多说了。大家可以想象它能做出什么样的结果?随便举几个例子,地球重力场按切蛋糕一样慢慢研究,就先分个1000乘1000吧,9,8的重力加速度不准确,咱们再往后来个10位有效数字? 格陵兰岛、南极这些地区的冰川,能分成N多区,每个区域融化速度不同、甚至有的在变厚;电离层突发的闪烁和干扰,各种你从来没听说过的大气现象;今年夏季亚马逊雨林的下雨量要比往年少了XX亿吨;印度干旱、加州农业灌溉导致的地下水流失,三峡大坝对周边重力的影响;东日本大地震后地震波对大气密度的波动;荷兰今年冬天温度不对,咱们看看加勒比海的洋流是不是不正常?这次厄尔尼诺现象,跟往年不太一样,至少差出几千万平方公里吧,分别是XX、XX区域。  

简直太多科学应用了!  

  人类是这个世界最伟大的生物,看他们造出来的东西就知道了!



免责声明

(1)本网转载或来自其他发布者(非中国测试杂志社)的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或和对其真实性负责,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。

(2)如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。