怎样将获得的能量传输回地球?

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冥王星位于太阳系边缘的柯伊伯带,距离太阳的平均距离将近59亿公里。即使是太阳发出的光,也需要将近5.47小时才能照射到冥王星的表面。要想从如此遥远的地方传输数据回地球,新视野号探测器需要克服很多困难。

首先,影响信号传输最大的困难就是距离。为了更好理解这个问题,不妨举一个简单的例子。假设两个人正在说话,当两个人相距1米的时候,一个人不用太大声说话对方就能听清。但是当两个人的距离达到100米的时候,即使一个人大声说话对方也不一定听得起。由于信号的强度和距离的平方成反比,随着距离的增加信号的强度也成指数型减少。探测器和地球之间的关系和两个人说话十分类似,当两者距离达到48亿公里的时候,地球所能接受到的探测器信号强度非常有限。除非使用超高灵敏度的接受天线,否则这一信号很难被检测出来。

其次,背景噪音也会直接影响到信号的传输。回到前一个例子,假设两个人身处非常吵杂的体育场中。即使他们间相距1米,巨大的噪声也会影响到两者的沟通。如果两者的距离扩大到100米,那么无论再怎么大声说话对方也无法听清。在我们的   宇宙   中,包括恒星在内的许多星体都会发出各种频率的电磁信号。而在太阳系中,太阳所发出的的电磁波更是成为了巨大的噪声源。这些噪声累加在一起,成为宇宙空间的背景噪声。随着距离的增加,探测器的传输信号很容易淹没在宇宙背景噪声中,更加难以被检测出来。

雪上加霜的是,信号在传输的过程中还会因为干扰而出现失真。由于距离太远加之干扰巨大,信号中的二进制数据很容易出现错误。明明代表0的信号可能因干扰变成1,明明代表1的信号也可能因干扰而变成0。一旦信号失真,数据的还原就会出现严重的问题。

虽然信号传输问题很多,但是NASA还是成功接收到了来自冥王星的信号,史无前例的预告片图片更是宣告了冥王星探测计划的成功。现在问题来了,NASA是怎么解决这些问题的呢?

尽可能集中能量发射

由于探测器和地球距离过于遥远,任何没有对准地球发出的信号都无法被接受到。为了提升发射信号效率,探测器的发射天线必须对准地球。只有将发射的能量尽可能的集中,地球才有可能接受到48亿公里之外的探测器信号。

扩频技术

为了克服宇宙背景噪声对信号带来的影响,探测器在传输信号的过程中使用了扩频技术。所谓的扩频技术,是将原本用于传输的原始信号通过扩频技术变成频率较宽的新信号。在信号功率远低于噪声功率的情况下,通过扩展信号传输的频谱可以极大的提升传输信号的稳定*。而将接受到的扩频信号进行解调,就可以轻易的从背景噪音中获取到所需的信号。

信道编码

即使获得了有用的信号,信号在传输过程中依然有可能因为干扰而出现失真,这个时候就需要用信道编码进行纠错。为了增加通信的可靠*,人们利用信道编码对原始信号增加特定的信息,从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。举一个简单的例子,假设有人运送一批玻璃杯,为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况,人们通常用泡沫海绵之类的缓冲物将玻璃杯保护起来。当然,有得必有失。由于增加了缓冲物,原来能装100个玻璃杯的箱子可能只能装80个了,剩下的空间被缓冲物所占据。同样的道理,信号的传输速率也会因为增加特定的纠错编码而下降(传输100bit的数据可能90bit都是纠错码,真正有用的数据仅有10bit)。

通过对原始信号增加特定的纠错信息,信号即使在传输过程中出现差错,也可以在接受端被发现和纠正。通常深空通信使用的信道编码方式是LDPC码(低密度奇偶校验码),通过这种编码方式,探测器所发出的信号可以更加稳定的传输到地面接收站。

1.激光,太阳大部分能量集中,任然以光的形式传输,这个以现在的技术来说,个人感觉比可控核聚变还近一点,重点应该不在发出激光,毕竟太空中光线比地球上都稳定,没那么多散射,重点应该是如何能够接收如此巨量的激光能量,转化为电能或者其他什么能

2.大概比较难,但是效率高,那就是反物质,重点在于反物质的大量运输,以及安全保障,想想都刺激,一旦发生事故,把地球炸掉都有可能,技术上,现在已经能少量制造反物质,并且磁约束了,不过反物质的不稳定,以及安全问题,比较难

3.如果人类直接移民生活在戴森球附近,甚至直接就在戴森球上,那么其实直接用电传输也是可以的,不过,不用电线这么低级,现在就已经有无线充电技术了,就这么简单,这点还是难在移民上了

大概就这样吧,以后应该会有更好的能量传输方法的

无线定向能量传输技术是一项大家都喜欢畅想的技术,毕竟其能够描绘许多美好的前景。但在地月间真正应用起来,还是有许多问题的。我以为可以从下面几个方面去考虑:

1,必要性:为什么要将能量从月球或太空传回地球?

地面发电效率与成本远高于空间。因此在可见的将来,能量传输的最大目的都不会是传递能量,而是传递信息。即我们研究的问题本质,其实是如何将信息借助能量通道传回来。

2,可行性:如何解决能量转换、传输的一系列技术问题?

微波的问题是指向性差,辐射损耗太大;激光的问题是大气损耗大,电光/光电转换效率差。当然从另一个方面说,指向性差的好接收,指向性好的反倒需要ATP跟瞄技术发展。

3,至于什么安全,反恐之类的其实不用太担心,几百公里厚的大气层,最该担心的是能量穿透不了

机械中自有能量的,只是你们没有发觉而已

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