CN103227678A - 直接利用太阳x射线的空间通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直接利用太阳X射线的空间通信系统，包括：X射线汇聚透镜阵列、X射线导管阵列、接收检测系统、X射线发射器、接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器。本发明直接汇集太阳光中的X射线作为射线源，利用X射线的穿透性和方向性，解决了低功耗远距离空间通信问题，避免了航天器携带用于通信的频率基准和X射线源，提高了太阳辐射能量的利用率，降低了航天器热控、能源、通信等分系统设计难度。本发明解决了近地航天器高速对地数据传输和深空航天器低功耗远距离对地通信难的问题，对提高空间通信的速率、降低通信的资源代价具有一定效果。

Description

直接利用太阳X射线的空间通信系统
技术领域
本发明涉及近地航天器和深空航天器的对地通信和星间中继通信技术领域，具体是一种直接利用太阳X射线的空间通信系统。
背景技术
航天器在太空中工作时，需要与地面进行信息交互，完成对航天器的控制和管理。要完成上述工作，航天器内部应当配置相应的通信系统。空间无线通信利用电磁波信号在自由空间的传播特性实现信息交互，通信频率越高，可用的带宽越大。现有的空间通信使用的最高通信频段为Ka频段(约30GHz)，并且已开展了激光通信的空间试验，通信系统对航天器的资源需求大，特别是深空通信，远距离的信号衰减使得通信终端需要消耗极大的功率才能满足通信需求。
X射线频率远高于微波和激光，波长短，粒子特征明显，其方向性和穿透性好，受空间环境电磁干扰小，是高码率通信和远距离低功耗通信的理想选择。国外目前已经实现了地面的X射线通信，但是通信系统均需要配置X射线源，在航天器上应用的资源代价大，如果能够直接利用太阳光的X射线作为射线源，可极大的降低对航天器的资源需求。
传统的空间无线通信终端利用电能产生电磁波向外辐射、传输信息，能量经过了“光波-电-电磁波”的转换过程，工程实现复杂，对光能的利用率低。如果利用纳米材料汇聚、处理、发射X射线，实现空间通信，可以避免“光波-电-电磁波”的能量转换，提高光能利用率，简化平台能源、热控等分系统的设计，满足近地航天器高速对地通信和深空航天器远距离低功耗通信的要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可以适应近地航天器在轨高速对地通信以及深空航天器飞行全过程低功耗直接对地或对地球中继卫星通信的直接利用太阳X射线的空间通信系统。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种直接利用太阳X射线的空间通信系统，包括：X射线汇聚透镜阵列、X射线导管阵列、接收检测系统、X射线发射器、接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器，其中：
-X射线汇聚透镜阵列，用于接收汇聚太阳光中的X射线，形成具有不同能量特性的多组X射线束，并将X射线束输出到X射线导管组；
-X射线导管阵列，根据X射线能量配置，接收输入的X射线束，传输到选择性光栅；
-接收检测系统，分时选择不同能级的X射线束组合，并输出到X射线发射器；
-X射线发射器，将输入的X射线束以一定的发散角向外辐射；
-接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器组成X射线接收系统，所述接收望远镜用于收集X射线发射器发射的X射线束，并输出到X射线敏感器；所述X射线敏感器检测接收到的X射线束的能量，并将探测到的能量信息输出到接收基带信息处理器；所述接收基带信息处理器完成信息的解调，实现信息传输。
优选地，所述接收检测系统包括选择性光栅、选择性光栅控制器以及发射基带信息处理器，所述选择性光栅用于接收输入的X射线束，并通过选择性光栅控制器的信息调制方式实现信息的高速调制，所述发射基带信息处理器与选择性光栅控制器相连接。
优选地，所述选择性光栅控制器采用二进制开关键控(OOK)信息调制方式，配置选择性X射线光栅，并根据发射基带信息处理器的待传输基带信息，分时选择不同能级组合的X射线波束。
优选地，所述X射线敏感器采用微卡计检测器，以几个电子伏特的分辨率，实现对0.1kev到100kev能量范围X射线的接收检测。
优选地，所述X射线汇聚透镜阵列由若干组X光透镜组成，每一组X光透镜均由具有X射线汇聚功能的纳米汇聚透镜和平行束透镜组成，所述平行束透镜用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
优选地，所述X射线汇聚透镜阵列由多组具有不同滤波特性的纳米汇聚透镜组以及若干具有不同内径的X光子导管组成，所述X光子导管用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
优选地，所述X光子导管为内表面光滑的空心毛细导管。
本发明提供的直接利用太阳X射线的空间通信系统，采用全新的设计技术，利用高能X射线的粒子性进行空间信息传输，综合考虑X射线源的获取、高速信息调制和高灵敏度接收检测等，优化设计各种通信系统参数，基于纳米材料，直接利用太阳X射线，低功耗远距离通信技术，满足近地航天器的高速对地通信要求，满足深空航天器的远距离低功耗通信要求，降低航天器通信设备的资源需求，提高航天器对地通信的可靠性，简化航天器能源、热控等分系统设计，最终达到降低航天器研制成本，提高总体效益的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的X射线汇聚透镜阵列示意图；
图3为本发明实施例2的X射线汇聚透镜阵列示意图；
图4为本发明的接收检测系统示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种直接利用太阳X射线的空间通信系统，包括：X射线汇聚透镜阵列、X射线导管阵列、接收检测系统、X射线发射器、接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器，其中：
-X射线汇聚透镜阵列，用于接收汇聚太阳光中的X射线，形成具有不同能量特性的多组X射线束，并将X射线束输出到X射线导管组；
-X射线导管阵列，根据X射线能量配置，接收输入的X射线束，传输到选择性光栅；
-接收检测系统，分时选择不同能级的X射线束组合，并输出到X射线发射器；
-X射线发射器，将输入的X射线束以一定的发散角向外辐射；
-接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器组成X射线接收系统，所述接收望远镜用于收集X射线发射器发射的X射线束，并输出到X射线敏感器；所述X射线敏感器检测接收到的X射线束的能量，并将探测到的能量信息输出到接收基带信息处理器；所述接收基带信息处理器完成信息的解调，实现信息传输。
进一步地，所述接收检测系统包括选择性光栅、选择性光栅控制器以及发射基带信息处理器，所述选择性光栅用于接收输入的X射线束，并通过选择性光栅控制器的信息调制方式实现信息的高速调制，所述发射基带信息处理器与选择性光栅控制器相连接。
进一步地，所述选择性光栅控制器采用二进制开关键控(OOK)信息调制方式，配置选择性X射线光栅，并根据发射基带信息处理器的待传输基带信息，分时选择不同能级组合的X射线波束。
进一步地，所述X射线敏感器采用微卡计检测器，以几个电子伏特的分辨率，实现对0.1kev到100kev能量范围X射线的接收检测。
X射线敏感器采用微卡计检测器，高灵敏度检测宽能量范围的X射线，记录X射线数量和能量随时间变化情况，获取传输信息。
进一步地，所述X射线汇聚透镜阵列由若干组X光透镜组成，每一组X光透镜均由具有X射线汇聚功能的纳米汇聚透镜和平行束透镜组成，所述平行束透镜用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
采用具有X射线汇聚功能的纳米汇聚透镜和平行束透镜组成透镜组，利用多组透镜组组成阵列，直接汇聚大面积范围内的太阳光X射线，再通过平行束透镜形成高功率密度的平行光束，作为通信X射线源。
具体为，
如图1所示，X射线汇聚透镜阵列在航天器上面向太阳方向安装，接收汇聚太阳光中的X射线，形成具有不同能量特性的多组X射线束，输出到X射线导管阵列。X射线导管阵列根据X射线能量配置，接收输入的X射线束，传输到接收检测系统。接收检测系统中的选择性光栅为信息调制设备，在选择性光栅控制器控制下，分时选择不同能级的X射线束组合，输出到X射线发射器。X射线发射器将输入的X射线束以一定的发散角向外辐射。接收望远镜、X射线敏感器和接收基带信息处理器组成X射线接收系统，接收望远镜收集发送端发射的X射线，输出到X射线敏感器，X射线敏感器检测接收到的X射线的能量，输出探测到的能量信息到接收基带信息处理器，接收基带信息处理器完成信息的解调，实现信息传输。
如图2和图3所示，在本实施例中，每一组X光透镜的X光子导管为内表面非常光滑的空心毛细导管，并采用不同内径的X光子导管，选择不同能量等级的X射线汇聚形成射线束，并由整个X射线汇聚透镜阵列按能量汇聚形成n组高功率密度X射线束。
如图4所示，选择性光栅控制器的信息调制方式采用二进制开关键控(OOK)，根据输入基带信息，断续发送多束不同能量等级的X射线波束。选择性光栅控制器根据输入的基带信息，控制选择性光栅，从单次发射的X射线波束时间长度和选择的射线束能量两方面控制对外发射的X射线波束，输出经过信息调制后的X射线波束。
综上所述，本实施例提供的直接利用太阳X射线的空间通信系统，能够实现航天器直接利用太阳X射线的空间通信，解决了低功耗远距离通信问题，避免航天器携带用于通信的频率基准和X射线源，提高太阳辐射能量的利用率，降低了航天器热控、能源、通信等分系统设计。
实施例2
实施例2为实施例1的变化例。
本实施例以实施例1为基础，其与实施例1的区别在于，所述X射线汇聚透镜阵列由多组具有不同滤波特性的纳米汇聚透镜组以及若干具有不同内径的X光子导管组成，所述X光子导管用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
进一步地，所述X光子导管为内表面光滑的空心毛细导管。
配置多组不同滤波特性的纳米汇聚透镜组，形成阵列，利用汇聚透镜组对不同能级X射线的滤波功能，形成根据能级区分的多束X射线源，再通过X光子导管形成平行光。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，包括：X射线汇聚透镜阵列、X射线导管阵列、接收检测系统、X射线发射器、接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器，其中：
-X射线汇聚透镜阵列，用于接收汇聚太阳光中的X射线，形成具有不同能量特性的多组X射线束，并将X射线束输出到X射线导管组；
-X射线导管阵列，根据X射线能量配置，接收输入的X射线束，传输到选择性光栅；
-接收检测系统，分时选择不同能级的X射线束组合，并输出到X射线发射器；
-X射线发射器，将输入的X射线束以一定的发散角向外辐射；
-接收望远镜、X射线敏感器以及接收基带信息处理器组成X射线接收系统，所述接收望远镜用于收集X射线发射器发射的X射线束，并输出到X射线敏感器；所述X射线敏感器检测接收到的X射线束的能量，并将探测到的能量信息输出到接收基带信息处理器；所述接收基带信息处理器完成信息的解调，实现信息传输。
2.根据权利要求1所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述接收检测系统包括选择性光栅、选择性光栅控制器以及发射基带信息处理器，所述选择性光栅用于接收输入的X射线束，并通过选择性光栅控制器的信息调制方式实现信息的高速调制，所述发射基带信息处理器与选择性光栅控制器相连接。
3.根据权利要求2所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述选择性光栅控制器采用二进制开关键控信息调制方式，配置选择性X射线光栅，并根据发射基带信息处理器的待传输基带信息，分时选择不同能级组合的X射线波束。
4.根据权利要求1所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述X射线敏感器采用微卡计检测器，以几个电子伏特的分辨率，实现对0.1kev到100kev能量范围X射线的接收检测。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述X射线汇聚透镜阵列由若干组X光透镜组成，每一组X光透镜均由具有X射线汇聚功能的纳米汇聚透镜和平行束透镜组成，所述平行束透镜用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述X射线汇聚透镜阵列由多组具有不同滤波特性的纳米汇聚透镜组以及若干具有不同内径的X光子导管组成，所述X光子导管用于将纳米汇聚透镜汇聚到的X射线形成平行光。
7.根据权利要求6所述的直接利用太阳X射线的空间通信系统，其特征在于，所述X光子导管为内表面光滑的空心毛细导管。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031906A (zh) * 2019-04-11 2019-07-19 上海卫星工程研究所 基于引力钟慢效应探测的全球重力场获取方法
CN112751620A (zh) * 2020-12-17 2021-05-04 南京航空航天大学 不同能量负载信号的x射线信号接收方法及装置和系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2145381Y (zh) * 1993-01-19 1993-11-03 北京师范大学 使用x光透镜的x射线荧光分析仪
CN1157418A (zh) * 1996-02-17 1997-08-20 北京师范大学 整体x光透镜及其制造方法及使用整体x光透镜的设备
WO2002032022A2 (en) * 2000-10-10 2002-04-18 Gentech Investment Group Ag Optical communications apparatus
CN1348264A (zh) * 2000-10-05 2002-05-08 朗迅科技公司 自由空间光通信系统中通信信号自动跟踪的方法和装置
CN201368856Y (zh) * 2008-10-20 2009-12-23 北京师范大学 基于毛细管x射线光学器件的微束x射线衍射仪

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2145381Y (zh) * 1993-01-19 1993-11-03 北京师范大学 使用x光透镜的x射线荧光分析仪
CN1157418A (zh) * 1996-02-17 1997-08-20 北京师范大学 整体x光透镜及其制造方法及使用整体x光透镜的设备
CN1348264A (zh) * 2000-10-05 2002-05-08 朗迅科技公司 自由空间光通信系统中通信信号自动跟踪的方法和装置
WO2002032022A2 (en) * 2000-10-10 2002-04-18 Gentech Investment Group Ag Optical communications apparatus
CN201368856Y (zh) * 2008-10-20 2009-12-23 北京师范大学 基于毛细管x射线光学器件的微束x射线衍射仪

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031906A (zh) * 2019-04-11 2019-07-19 上海卫星工程研究所 基于引力钟慢效应探测的全球重力场获取方法
CN112751620A (zh) * 2020-12-17 2021-05-04 南京航空航天大学 不同能量负载信号的x射线信号接收方法及装置和系统

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