“導航”這個詞容易引起誣陷。按字面意會,“導航”似乎即是前邊有個東西領著你走。但科技上所謂的“導航”,是讓你知談我方所處的地輿位置的意思歐洲杯體育,是“定位”的同義詞。
GPS導航的時弊
咱們當今用各人衛星定位系統(GPS)來導航。GPS是這樣使命的:假如你開著車,那么在天際中,至少有4顆以上的各人定位衛星在同期向你車上的GPS接受器輻射無線電信號;不外,因為這些衛星散播在天際的不同位置,與你的距離各有遐邇,是以你接受到的4顆衛星的信號之間會有輕淺的時分差。筆據這個時分差,不錯精準測度出你此刻的位置,從而殺青導航的觀念。
當今,GPS險些掩飾各人,但它也不是全能的。比方,它就不可供水下的潛艇導航,因為GPS輻射的無線電波會被水領受,到達不了水下。恰是由于莫得精準的水下導航期間,潛艇觸礁的事件時有發生。
GPS在高緯度的北極地區也不可精準導航。這一方面是因為GPS的定位衛星大多數運行在低緯度地區,在北極上空運行的很少;另一方面亦然因為南北極上空來自天際的帶電粒子太多,對GPS信號的插手太大。然而,跟著各人表象變暖,許多船只和潛艇仍是初始參預北極地區活動,那兒裂縫需要一種精準的導航期間。
讓東談主出東談主料思的是,哄騙天地射線轟擊地球大氣時產生的μ子,也不錯進行導航,況兼還不錯補GPS導航之不及。這恰是北極所需要的。
μ子定位的旨趣
天地射線是來自天際的高能帶電粒子。它們常常發祥于太陽系外,甚而星河系外。當一陣天地射線粒子流撞擊表層大氣時,會像天女散花相通,產生多數的μ子落下。平均而言,大地上唯獨你的拇指甲這樣一丁點大的面積,每分鐘就有一個μ子穿過。
況兼,咱們不錯合計,在合并陣射線流中,不同粒子的撞擊時分先后不錯忽略不計(換句話說,撞擊在合并時分發生)。因為它們既然從那么大老遠的所在來,還能保捏在合并支“戎行”里,暴露它們的速率險些全王人相等,不然在途中有的早就過時了。
由天地射線撞擊大氣產生的μ子是一種穿透力極強的粒子,不錯穿透水甚而巖石。它是一種不雄厚的粒子,靜止壽命唯獨2.2微秒。但是,天地射線產生的μ子險些以光速暢通,是以它的壽命不錯延伸到60微秒之多。在它衰變之前,不錯航行梗概2萬米之遠,足以穿透海洋的水體以及淺層的地表。
μ子定位的旨趣是這樣:在大地大范圍打法許多個μ子探傷器,每個探傷器還要配備一個原子鐘,用于校對μ子被探傷到的時分。這很是于GPS定位系統中的基站。然后,在挪動物體(如船只、潛艇)上也配備一套μ子探傷器和原子鐘。當高空中天地射線粒子流撞擊大氣時,會向大地傾撒多數的μ子。咱們不妨把這行為一次撞擊事件。當來自合并次撞擊事件的μ子,一個被基站A探傷到,另一個被挪動物體探傷到,因飛過的距離不同,兩者會有一個時分差。筆據時分差,就不錯得知挪動物體距離基站A有多遠,假定這個距離是r1。或者說,不錯詳情,挪動物體處在以基站A為圓心,以r1為半徑的圓周上。
假如挪動物體靜止不動,過了瞬息,第二次撞擊事件發生。挪動物體又探傷到第二陣天地射線流(不錯與前一陣有不同的起首)撞擊產生的一個μ子,而合并撞擊產生的另一個μ子被基站B探傷到了,咱們又不錯知談挪動物體距離基站B有多遠,假定這個距離是r2。不錯詳情,挪動物體處在以基站B為圓心,以r2為半徑的圓周上。
挪動物體既要稱心離基站A距離r1,又要稱心離基站B距離r2,從幾何學上說,它必處于兩個圓周的交點中的一個上。這樣,表面上說,就能唯獨地詳情挪動物體的位置。雖然,你若是思普及精度,不錯多探傷幾個撞擊事件。推行室測試標明,探傷10個事件就足以使定位精準到60毫米。進一步的測量能將精度普及到10毫米或更少。
無邊的應用出路
從上述使命旨趣上,你八成仍是看出,這種定位方法也有不及之處:挪動物體要屢次探傷μ子才能定位,但這一次與下一次探傷畢竟偶而分拆開。這意味著,在定位時,挪動物體最佳是呆在原地不動,才能讓定位精準。因此,它不符合給那些在作念高速暢通的物體(如飛機、導彈等)定位。但計議到船只和潛艇的挪動速率王人比擬慢,或者為了準詳情位,停一停王人無妨,是以對它們倒是蠻合適的。
這套定位系統需要使用1普通米大小的μ子探傷器,以及精準到100億分之一秒的原子鐘。這些成立每相通王人價錢動聽,動輒數百萬好意思元。但錢不是問題,果然的挑戰是,怎么確保它們能夠在北極平均-20℃的低溫環境或者數千米深的水下面使命。
目下,該系統仍是在英國一個大型水箱中通過測試,隨后將飄蕩到芬蘭一個掩飾1米厚的冰的高緯度湖泊中進行測試。如果凱旋歐洲杯體育,它將在軍事、海洋勘察等方面有著無邊的應用出路,甚而在GPS的定位衛星受到襲擊的時候,暫時不錯替代GPS進行導航。
