洛尘回复:“航天通信与导航系统对时间精度的要求近乎苛刻。航天器在太空中高速飞行,根据狭义相对论,其时间流逝速度会与地球表面不同。
想象一下,信号就像在时间长河中穿梭的小船,若不考虑这种时间差异,信号传输的时间节点就会像偏离航线的小船,定位数据也会因此出错,导致航天器无法准确接收指令或确定位置,严重影响航天任务的执行。”
骁睿恍然大悟,又想起之前的问题:“那莱布尼茨的微积分呢,到底在航天工程里怎么用的?”
洛尘回答道:“航天工程是一个复杂庞大的系统,其中飞行器的动力学分析以及轨道优化等工作,犹如精密钟表中的复杂齿轮,每一环都至关重要。
莱布尼茨发明的微积分,恰是推动这些齿轮精准运转的关键动力。
在分析飞行器飞行过程中的加速度、速度和位移等变化关系时,就如同拆解钟表内部的复杂结构,需要用到微积分来精确计算。
例如,通过对加速度进行积分,能得到速度随时间的变化;对速度积分,则能确定飞行器的位移,从而实现对飞行器运动状态的精准把握,为轨道优化提供数据支持。”
骁睿惊叹:“原来微积分在航天里有这么多实际应用,真是太厉害了!”
骁睿紧接着追问:“那赫兹、黎曼、普朗克和海森堡呢?他们的研究在航天领域能发挥什么作用?
感觉他们的理论更抽象,和实际应用的联系不太好理解。”
洛尘开始解释:“在航天技术发展的早期,通信难题如同横亘在人类与宇宙之间的一座大山。赫兹证实了电磁波的存在,为跨越这座大山提供了可能。
航天器与地面控制中心之间的通信,仿佛是搭建了一座无形的桥梁,而电磁波就是在这座桥梁上传递信息的使者,负责传输遥测数据、指令信号,还有宇航员与地面的语音通话、图像传输等。
全球定位系统(GPS)这类航天导航技术,也是基于电磁波传播原理,依靠它来精确测定航天器位置,让航天器在浩瀚宇宙中有了精准的‘导航地图’。”
骁睿看到这儿,不禁脱口而出:“电磁波存在的证实对航天意义重大?快说说,这和我们平常理解的航天通信有啥关系?”
洛尘继续:“从本质上讲,航天通信需要一种能够在广阔宇宙空间中稳定传播的媒介,电磁波恰好满足这一需求。它可以在几乎真空的环境中以光速传播,不受距离和环境的过多限制。
就像在黑暗的宇宙中点亮了无数信号灯塔,让地面控制中心与航天器之间能够顺畅沟通,实现对航天器的实时监控与操作。”
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