央视网|“奋斗者”号今日再次万米深海“自驾游” 如何平安归来?这3点要知道
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正在自驾游的你
穿过一个隧道时
被GPS告知信号弱
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与此同时
马里亚纳海沟
刚刚下潜到水下5米的“奋斗者”号GPS信号完全丢失
而此时它的深海之旅才刚刚开始
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接下来 , 潜航员们该如何在黑暗中知道自己的位置?又该怎样向着马里亚纳海沟的最深处 , 摸黑来一场万米海底“自驾游”?
想要在海底来一场说走就走的旅行 , 要解决三个问题 。
首先我们想要知道
“奋斗者”号的GPS信号为何会丢失?
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为此 , 我们要先知道GPS信号是什么 。
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GPS信号是通信卫星向地面接收器发射的电磁波信号 。 这些信号由多个卫星同时计算得出 , 目的是精确地推断出你的位置 。 不过 , 电磁波虽然在真空和空气中有极快的速度 , 却难以穿透路上的障碍物 。
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同样 , 阻挡了“奋斗者”号GPS信号的障碍物 , 正是它头顶厚厚的海水 。
电磁波射入海水后 , 会不断被海水吸收 。 当到达5米深的海水时 , 已经所剩无几 。
没有了电磁波 , “奋斗者”号该如何与外界取得联系?又该找谁来给自己定位?
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这就是“奋斗者”号“说话”的“嘴”——应答器 , “奋斗者”号入海之后 , 应答器会间隔固定的时间不断放出声波信号 , 而科考母船的船底则装有“耳朵”——换能器 。
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【央视网|“奋斗者”号今日再次万米深海“自驾游” 如何平安归来?这3点要知道】这样 , 科考母船就可以及时捕捉到“奋斗者”号的信息 , 并根据声音传播的时间测算两者之间的距离 。
知道了距离之后
怎样才能进一步获得
“奋斗者”号在海底的准确位置?
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你知道自己为什么有两只耳朵吗?如果你捂住一只耳朵 , 会发现只能通过声音大小判断声源的距离 , 而无法感觉出它来自哪里 。 人耳在工作时 , 会产生“双耳效应” , 通过两只耳朵接受声音的时间差和音量差 , 判断音源的空间坐标 。
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同样 , 从这篇国家海洋局的论文中 , 我们可以看到 , 母船底部的换能器不止一个 , 而是由多个换能器组成基阵 , 长这个样 。
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当基阵接受到声波时 , 会计算相位差Φ、波长λ和斜距R , 由此算出“奋斗者”号的空间坐标 。 之后 , 这个坐标将被发送给“奋斗者”号 , 结合预先导入的大地坐标和海底地图 , “奋斗者”号就可以知道自己身处何方了 。 这就是“大海深处的GPS”——水声定位技术 。
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知道了自己的位置
也知道了马里亚纳海沟的最深处在哪
就只剩下最后一个问题了
“奋斗者”号如何才能“永往直前”?
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破解问题的方法 , 是利用“惯性” 。
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