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西安光机所提出空间X射线通信新方法

导读: 近日,中科院西安光学精密机械研究所赵宝升团队开发出一种新型的X射线调制源和一种基于微通道板的X射线探测器,这两者分别作为发射和接收装置,实现了新的空间X射线通信方法实验。

  近日,中科院西安光学精密机械研究所赵宝升团队开发出一种新型的X射线调制源和一种基于微通道板的X射线探测器,这两者分别作为发射和接收装置,实现了新的空间X射线通信方法实验。

  自1895年德国物理学家W.K.伦琴发现X射线以来,这种波长很短而具有很高穿透性的射线可使很多肉眼看不见的固体材料发出可见荧光,因此在医疗透视和无损探伤中得到了广泛应用。实际上,作为波长很短的电磁波,X射线同样可在空间传输,成功实现通信功能。

  目前,空间无线通信的研究应用已涵盖无线电波、微波到红外、可见光、紫外等电磁波范围,而对X射线通信的研究应用还是空白。因此,利用X射线作为信息载体的新概念空间通信方法研究具有重要的科学意义及应用前景。

  由于X射线波长很短,穿透能力很强,当X射线光子能量大于10千电子伏特(波长小于0.12纳米)、在大气压强低于10-1帕斯卡时,X射线透过率为100%,传输几乎无衰减。这意味着可利用很小的发射功率实现远距离空间通信。因此,与微波、激光等其他电磁波的通信相比,X射线通信具有方向性好、发射功率低、传输距离远、保密性强、不受空间环境电磁干扰、通信频带宽等优点,有望未来实现卫星实时通信。2007年,美国宇航局戈达德太空飞行中心的天文物理学家Keith Gendreau提出了利用X射线实现空间卫星飞行器点对点通信的概念,被认为是“下一代新的空间通信方法”。

  赵宝升等开发的X射线调制源是将真空三极管和X射线管的技术结合,实现了X射线能量的高速调制,理论设计发射带宽可达50G赫兹。同时,基于微通道板的X射线探测器具有时间响应快、接收面积大、最小可探测功率小等优点。利用该技术方案,当X射线发散角小于2毫弧度、X射线光子能量大于20千电子伏特、X射线发射功率为100毫瓦,可在太空传输6000公里以上。

  目前,西安光机所已搭建了基于语音通信的X射线数字传输验证系统,主要包括X射线的发射装置和接收装置,已实现OOK(开关键控)和PWM(脉冲宽度调制)两种调制方式下的语音通信,在6米真空管道中通信速率达64千比特每秒。

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