奇闻:英国200年前那次海难推迟了无人机问世
1744年10月5日,英国皇家海军旗舰“胜利” 号率舰队在葡萄牙海域驱逐法国舰船,得胜后打道回府。
但是,返航途中不幸在英吉利海峡遭遇风暴,“胜利” 号不敌狂风巨浪,在普利茅斯港以南80公里处沉船,然后在海底静卧了265年,直到2009年英国海军搜救队发现了它的残骸。
海难发生时船上有1100人,据说还有大量来自葡萄牙的黄金。
不过,船上还有一件宝贝,据信经济价值远超黄金:旋转的镜子(whirling speculum)。
那是历史上第一个最接近陀螺仪的设备,算是陀螺仪的前世。今天手机游戏和防抖功能就用到陀螺仪传感器,最早用于航海,用陀螺辨认方向,计算角速度,后来又用到潜水艇、飞机、火星探测器等各种科技产品中。
旋转的镜子是约翰·塞尔森(John Serson)发明的 。
塞尔森是军舰的舰长,识字不多,但在机械方面有一种超凡的天才,当时就远近闻名,还上过《绅士杂志》。
他捣鼓这个转动的镜子,是想解决一个严重的问题。
那个时代航海,人们用四分仪确定太阳和地平线的角度,据此判断船的位置。问题是在海上,经常因为天气或其他原因看不见地平线。
塞尔森有一次看到一款头部会转动的儿童玩具,忽然来了灵感,觉得地平线可以仿制,可以在颠簸晃动的海船上始终保持水平。
《绅士杂志》的报道介绍说,他“做了个模型,顶部是个竖轴垂直的圆形抛光金属片;他发现,不出所料,这个组合快速转动时,金属片很快就能恢复水平状态。金属片如果被倾斜,它也会迅速复原。”
两名海军高级军官和一位著名的数学家对这个装置十分赞赏,鼓励塞尔森继续完善他的发明......把它带到“胜利” 号战舰上进一步考察,搜集数据。
但是,天有不测风云,海难发生时,塞尔森和他的发明一起沉入海底。
他的遗孀莎拉·塞尔森一分钱也没得到,便去找海军部索要这项发明的记录材料,希望可以用来谋取商业收益。但是没有证据显示她的要求得到了满足。
不过,一个世纪之后,法国物理学家莱昂·傅科(J.Foucault)为了研究地球自转发明了陀螺仪,原型设计所依据的原理跟塞尔森直觉感受到的一样。
傅科把自己的发明称作“陀螺仪”。这个名字来自二个希腊文词汇: 转动和观察,因为他用这个装置来研究地球自转。
后来有了电动马达,陀螺仪的碟片可以一直保持转动。于是,它立刻成了用途广泛的热门仪器。
舰船和飞机从此自带了实用的人造地平线,20世纪初又有两位发明家在此基础上发明了电子罗盘。
在这些基础款上添一些这个、那个的,比如加速度计和磁力计,就可以更精准地判断自己的位置和方向。
把这些数据输入校正系统,就成了飞机自动驾驶仪,舰船的陀螺稳定仪,航天飞船和火箭上的导航系统。
再加上GPS(全球定位系统),我们就确切知道自己身在何处。
陀螺仪的旋转碟片最小尺寸是有限的,但人类又发明了能够将陀螺仪缩微的技术,细微到只有几个立方毫米。科学家还在研发以激光为基础的陀螺仪,比人的头发还要细。
随着传感设施变得越来越小,成本越来越低,电脑速度越来越快,电池越来越轻巧,它们的用途也迅速扩大,从智能手机到机器人,从游戏机到虚拟现实头盔。
还有,无人驾驶飞行器。最早的无人机据信是1849年问世的,比傅科的陀螺仪晚3年。
当时,奥地利要进攻威尼斯,把炸弹绑在气球上,等风向顺了就放飞。当然不是很成功,尤其是不少气球炸弹没有飞过边界,落在奥地利境内。
不过,无人机这个概念的军事应用并没有因此而湮灭。直到4、5年前,关于无人机的新闻都跟战争有关。然后,突然间就冒出很多涉及空中交通管理、机场附近设禁飞区,以及无人机送货的文章。