在航天领域,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)一定是人类智慧的最高体现。 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,atv,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,如果按照重力场去画,地球基本上是这个样子的。 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: 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; 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,一般卫星进入之后就变成了自杀模式: 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: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),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。然而,这个精度还是不敢出去发论文。 (责任编辑:本港台直播) |