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第011章 太阳系导航系统(2 / 3)

原理跟‘北斗系统’差得就很大了。”

董:“日球层是个很大的范围,球顶是太阳风所能到达的最远区域。太阳风是太阳上受到辐射压驱动的高能带电粒子,以200k/s—800k/s的速度向周围扩散,日球层顶距离太阳大约100天文单位,当然这是太阳环绕银河系前进的方向,而在另一个方向则会更远一些。

北斗导航系统只需要几十颗卫星,日球层比地球大多了,而且要高中低轨道搭配,所以需要的人造行星就更多了,初步估计需要数千颗,完成组网需要上百年,人造行星及发射成本更是天文数字。”

王:“不仅如此,因为日球层离我们太远了,时延太大,精度也不满意,尤其是现在飞船的速度都非常快,要是延时几十分钟,那根本就没法用了。”

刘:“对,时延确实是大问题。日地之间是一个天文单位,光要走83分钟;100个天文单位,就是830分钟,接近14个小时,这还是单程,时延确实太长了。”

董:“还有个问题。太阳系是扁平的,所有的行星、小行星都在一个圆饼内绕太阳公转,我们发射的人造小行星是不是也应该在这个圆饼内呢?垂直于这个圆饼应该是不可以的,即使能够发射上去,很可能也会出问题。”

王:“对,太阳系在绕转银河系中心公转,如果人造行星垂直于这个圆饼,很可能会不符合太阳系的运动力学,轨道变形严重,最后坠落到太阳上。”

刘一鸣道:“所以太阳系定位不能直接照搬北斗系统。董玉荣,咱们现在这个金乌导航系统到底是怎么定位的呢?”

董:“其实比较简单,就是各基站首先确定自身的位置,然后飞船再根据与临近基站的关系,计算出自己的位置。总的来看,跟地球上使用的基站定位差不多。地球上因为以卫星定位为主,基站定位为辅,所以没有太重视基站地位。”

刘一鸣疑惑道:“你说的是简单,可是基站的位置就不好确定吧,就算我知道哪个小行星上有个基站,但是它的位置如何确定呢?”

王:“太阳系是个圆饼,可以使用极坐标系,以太阳为原点,日地连线为x轴,然后可以得到各个基站的位置。但是有问题。”

刘:“嗯,问题应该有两个,一是太阳和地球那么大,根本无法连线,这是个根本性的难点。二是地球不断转动,日地连线也是不断变化,是个跟时间有关的动态坐标系,不过这个是有规律的,可以进行补偿。”

董玉荣道:“日地是可以进行连线的,你可以自己想一想。”

刘一鸣想了一会,觉得应该利用卫星,但是具体采用什么方法,一时之间没有头绪。

董玉荣看他想不出来,就道:“知道拉格朗日点不?”

刘一鸣想了想道:“我记得,在天体力学中,拉格朗日点是指在两个大质量天体附近可以使小质量天体保持相对稳定位置的点;在其他点由于两个大质量天体引力的作用,小质量天体不能够稳定存在。”似乎有点明白,问道:“你是说,连接两个拉格朗日点?”

董玉荣道:“差不多。日地的拉格朗日点有五个,在它们连线上有三个,中间那个是l1,地球外侧那个是l2,太阳外侧那个是l3;日地连线两侧地球轨道上各有一个,分别是l4和l5。

我们可以把l1作为原点,把l1-l2或者l2-l3的连线作为x轴,这与把太阳作为原点有差别,要进行一些换算。实际中,可以在拉格朗日点上放置人造卫星,发射脉冲信号,模仿脉冲星,基站借助它们确定自身的位置。

l1、l2和l3在两个天体的连线上,为不稳定点,虽然它们是不稳定的,但可选取适当的初始扰动,使相应平动点附近的运动,仍为周期运动或拟周期运动。所以在其上布置卫星需要消耗较大的能量进行轨道保持。

l4和l5点位于地球轨道上且是稳定的点,在其上布置卫星,消耗较少的能量就能实现轨道保持,卫星可以长期稳定存在,从而降低空间网络的运营成本。而且这两个点与地球的位置是固定不变的,因此成为布置卫星的最佳选择。”

刘一鸣想了想,好像可行。不过有缺点,其一是太阳背面不好定位,其二是距离地球太远也不好定位,在小行星带之外的还有信号遮挡问题,这时就需要其它的行星作为基准,很可能需要八大行星都这样搞,很麻烦。

董玉荣道:“这种方法,或者技术路线,可以称为‘基于太阳-行星间拉格朗日点的太阳系基站定位技术’,主要用于对基站的位置进行定位,而不是对飞船进行定位。飞船定位不需要这么复杂。”

刘一鸣问:“怎么做?”

董玉荣道:“星图法。因为我们的基站基本都是在小行星上的,它们都有固定的位置和公转周期,与各大行星的关系也是固定的,可以先把它们都定位好,在已有的行星星图上加上这些基站的位置。

然后我们飞到哪个基站附近,一查星图,就知道自己在哪儿了。如果想具体点,可以借助三个或更多基站进行精确的位置解算,这套方法是比较成熟的。”

刘一鸣眼前一亮,这个确实很简单,不需要进行复

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