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无人机:下得了地狱,上得了天堂

如今在西方发达国家,每逢盛大庆典,都会少不了无人机忙碌的身影,它们轻巧灵动,在高空中盘旋一圈,就可以为我们传回一张张清晰的俯拍图。但比起最常见的航拍模式,新一代无人机不仅将全面接管地球最极端领域,而且将涉足外太空。

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深入火山

火山能以1200℃的高温喷发,其灼热的温度以及令人窒息的浓烟,让人望而生畏。它们是人类心目中地狱的原型,其烈烈火焰,也让科学家们难以靠近。但研究火山,是了解地球地质历史以及地幔运动的一个不可或缺的环节,所以,科学家们必须想方设法一窥火山内部。
要想进入火山,首先要能耐得住极端气温,抵抗得住冷热交替的不规律气流以及腐蚀性的烟雾,还要能够自由进出深不可测的洞穴,这些并不是普通的人或者机器人能够完成的,这时,可大可小、速度可控的无人机就能派上用场。
澳大利亚的无人机专家西门·贾尔丁最近创造出了一款无人机,能够飞入火山内部,打印火山的3D图。这项技术并不简单,无人机长期暴露于酸性火山云里会腐蚀掉电子,而那些冷热交替的气流会让无人机失去方向感,撞到洞穴的墙上。
为了能拍摄一幅火山3D全景图,西门·贾尔丁的研究团队已经牺牲了好几个无人机和相机,最后通过使用DJI Phantom四轴无人机和全方位相机,他们终于第一次为位于大洋洲瓦努阿图的马鲁姆火山构建出了火山图,许多网上热传的岩浆喷涌而出的火山爆发瞬间图,也出自这个飞行性能极其稳定的无人机之手。

北极朝圣

北极是地球上最遥远的地方之一,也是地球上环境最恶劣的地方。探险者往往在大片的冰原里迷失方向,死于极端的寒冷。普通的无人机也会经历相同的厄运。因为在北极,受到自然电磁干扰的程度远远高于中低纬度,频发的太阳磁暴和极光,会让GPS没法正常导航。
即使导航问题解决了,无人机还必须能在低温下存活,当温度在零下40摄氏度时,电池反应会像蜗牛一样缓慢。不仅是低温会影响航程,大雾也是障碍,在北极,云和雾会经历冰化,这也就意味着水滴晶化会影响到无人机的离心器。
但由于北极的巨大冰层下可能埋藏有丰富的自然资源,导致北极周边国家垂涎欲滴,互相争抢,比如有“北极熊”之称的俄罗斯,与丹麦和加拿大存在许多岛屿和航道所有权的争议。为了保障在北极地区的利益,俄罗斯现在正在开始研究能够在北极环境中工作的无人机,用来探测、监控北极环境。
据初步设想,这款重达1.5吨、单次航程达4000千米(足以从俄罗斯海岸到北极往返两次)的新型无人机,它将能够连续高速飞行35小时。为了解决定位问题,俄罗斯还将在2025年,在北极建立一套复杂的控制系统,包括卫星和水下传感器。

追踪风暴

龙卷风一直是好莱坞灾难大片里不会褪色的经典元素,旋风行走路线诡异,破坏力巨大,它们将房屋连根拔起,像撕碎儿童玩具一样,把路面的汽车掀翻,给人类带来了不可估量的损失。
为了弄清楚龙卷风的生成规律,提前预防损失,人类一直热衷于搜集风暴湿度、压力和温度数据。但直到现在,人类风暴追踪者必须靠近龙卷风,亲手放置他们的测量设备,但这些风暴追踪者也会面临着随时被龙卷风卷走的危险。现在,无人机将全面接手人类这一危险的工作,科学家们只需要在电脑前安然无恙地收集数据。
一个美国研究团队正在实验,用固定机翼的无人机去追踪龙卷风,它能保持160千米一小时的时速,在狂风中保持最久和最稳定的飞行。
超高速度为接近同样高速旋转的龙卷风提供可能。但让无人机进入龙卷风内部只是打赢了半场战争,无人机还需要将数据取出来。
无人机公司DroneDeploy解决了这个问题,他们创造了一个远程记录和转换数据的设备,这个设备被植入到无人机的机翼,当跟随无人机进入风暴中心后,能利用网络与远程控制的实验室相连,实时传送数据。虽然无人机最终可能被风暴撕碎,但已经被植入机翼内部的设备将会完好无损地保存,而且也方便找到。
这个联网的设备也将允许人类通过互联网,在世界任何一个地方遥控无人机。所以,风暴追击者可以在多个地方放置无人机,在一个地方遥控,这将会为收集更多的数据提供可能,而这也为更好地了解风暴提供可能。

搜索遗址

在考古历史上,有一个奇怪的现象,通常大河流域总是会伴随着一些古代文明,可是人类至少生活了1万3千年的亚马孙河流域没有出现文明古国。随着亚马孙雨林被毁,古文明留下的450个人形石刻的图案终于重见天日,答案一步步揭晓:这里的古文明可能被茂密的丛林遮盖住了。
考古学家希望进一步了解这些隐藏在亚马孙雨林里的古文明究竟有多发达,但面临着一个难以逾越的困难:这些文明散落于550万平方千米的茂密的森林里,如果你用脚丈量,就会发现要想穿过这些茂密的丛林,得耗费一生的时间,当你把潜在的危险考虑进去,比如被美洲豹、鳄鱼和蟒蛇袭击,加上戏剧性的天气,人类根本无力完成,这就是无人机可以出现的地方。
由英国考古学家发动的一项项目,雇佣了无人机飞越亚马孙的上空,这些飞机配备有激光雷达和多光谱传感器。传感器能透过雨林茂密的树叶和纵横交错的树枝,看到树林中隐藏着什么。激光雷达可以通过反射物体的光进行计算后,在你面前形成一个十分清晰的影像,这个影像会告诉你森林里藏着什么。
亚马孙并不是无人机能揭示古文明的唯一地方,在美国新墨西哥的荒漠,一个有1000年历史的土著居住地最近被发现,这也是无人机的功劳。通过配备红外线相机,考古学家们利用无人机能够透过地表的植物,描绘出下面的古文明,通过对比无人机图像,考古学家们现在可以识别不同的地表材质,他们的考古发掘也会比之前更准确。

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火星探测

红色的火星有超薄的大气,表面温度平均为负63℃,这使得它比地球上环境最恶劣的地方还要不讨人喜欢。
到达火星需要一个很长的太空旅行,大概要6-8个月,宇航员生活在长期失重环境下的影响,现在还不能明确。因此直到2030年之前,人类并没有被安排到探险火星的计划中。
虽然缺乏人类探险者,人类已经成功地绘制了火星表面地形图,这要感谢NASA的火星探测器漫游者。然而,像所有有轮子的机器一样,漫游者能力有限,比如有些陨石坑壁角度在30度以上,对于它来说实在是太陡了,根本爬不上去。还有许多表面非常崎岖的地方以及火山附近,探测器也没法到达。相同的情况下,无人机将不会受到这样的限制。
NASA已经研发出了一款叫做“极端访问飞行物”的无人机,这款无人机将能够抵御火星稀薄的大气,适应外太空环境。
根据计划,“极端访问飞行物”将是飞行器压舱物的一部分,当火星登陆器着陆时,将会被从减速伞中喷射出去,这时,“极端访问飞行物”主要依靠冷气喷射而非螺旋桨在大气层(有的可能没有大气层)中飞行,如果它们需要在零重力环境下工作时,它们还可以关闭冷气发动机。足够多的推进剂将支撑无人机在火星或月球上飞上几个小时,在这期间,无人机不仅能抓怕图像,而且会收集来自其他星球的实际样本,为火星的研究提供新的研究材料。

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