近日,西九文化区和国庆烟花汇演的无人机表演都因“电离层闪烁”取消,让这个平日里或许并不常为人所知的自然现象,突然间成为市民口中的热门话题。
无人机表演需要借助卫星进行定位,卫星的无线电信号从高空传播到无人机所处的低空,需要经过距地面60公里到1000公里范围内的一个特殊区域——电离层。我们可将电离层当作连接高空卫星与低空无人机的“桥梁”。电离层由自由电子、正负离子等带电粒子组成,这些带电粒子会影响无线电信号的传播。如反射,使无线电信号能够从发射点传播到更远的地方;折射,使无线电信号的传播路径延长或缩短;吸收,导致信号衰减影响通信质量。电离层并不是整体静止的,带电粒子会随机流动,也会被太阳风、地磁活动等各种原因扰动,导致带电粒子分布发生不规则变化,形成不均匀的结构,对无线电信号的传播产生不可预测的干扰,导致信号减弱,甚至丢失,产生“电离层闪烁”现象。我们可以想像连接卫星和无人机的“桥梁”上布满了障碍,甚至发生断裂,导致无线电信号无法“通行”。这种情况下,无人机的定位会受到极大影响,导致表演无法正常进行。
不规则结构可迅速改变
10月1日晚,香港取消无人机表演,而深圳则仍然进行,引起了网友的疑惑和讨论。虽然香港维多利亚港与深圳福田等区相距仅几十公里,但电离层状态的差异却可能会很大。这种差异性主要由于电离层不规则结构的复杂性和动态变化,这些不规则结构可以在短时间内迅速改变,影响不同区域的信号传播。
据中国气象局发布的《导航与定位》一文指出,“实验表明:电离层F区不规则结构的空间尺度由几厘米至几百公里,跨越7个数量级。引起电离层闪烁的那部分不规则结构的空间尺度可由几十厘米至几十公里,它们主要出现在200至1000公里高度,特别是250至400公里高度的夜间F层中,尤其在午夜前最为严重。”
由此可见,造成电离层闪烁的不规则结构空间尺度各异,可能导致相邻地区面临截然不同的电离层环境。此外,10月2日深圳发布的通知中提及,因电离层变化等不可抗力气象因素的影响对全城无人机表演作出调整,并且可能提前、延后或取消,其中龙岗因气象原因取消。这一通知亦进一步证明了电离层闪烁的复杂性和动态变化。
连续取消的无人机表演,虽令期待中的市民和旅客留下了些许遗憾,但也让我们更加深入地认识到,科技与自然之间的微妙平衡。实际上,我们日常生活中也可能受到“电离层闪烁”现象的影响,如手机导航突然失去信号,或者定位产生偏移。此外,导致电离层闪烁现象的外部因素之一——太阳风,也正是形成极光现象的重要因素,为夜空增添了一抹浪漫与神秘。自然界的神奇力量,既考验着我们,也赠予我们如极光般璀璨的自然奇观。它们提醒我们,即使科技不断进步,我们仍需对自然界的力量保持敬畏和尊重之心。
探索新技术减少依赖卫星
展望未来,科技界正积极探索电离层闪烁问题的解决方案,如监测技术、预报模型、信号矫正技术等。同时,无人机有关的技术也在不断进步,如超宽带(UWB)和射频(RF)等技术,可以让无人机减少或摆脱对卫星定位的依赖。尤其随着人工智能的快速发展,无人机通过部署深度学习和自主导航算法,相信能实现更精准和灵活的飞行控制,既增强其自主性,又能确保在无卫星信号环境下的安全飞行能力。
港区全国人大代表、互联网专业协会会长