利用XCOM（X射線通信）實(shí)現(xiàn)深空衛(wèi)星通信的設(shè)想示意圖

 

　　近日，中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所趙寶升團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型的X射線調(diào)制源和一種基于微通道板的X射線探測器，這兩者分別作為發(fā)射和接收裝置，實(shí)現(xiàn)了新的空間X射線通信方法實(shí)驗(yàn)。

 

　　自1895年德國物理學(xué)家W.K.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，這種波長很短而具有很高穿透性的射線可使很多肉眼看不見的固體材料發(fā)出可見熒光，因此在醫(yī)療透視和無損探傷中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)際上，作為波長很短的電磁波，X射線同樣可在空間傳輸，成功實(shí)現(xiàn)通信功能。

 

　　目前，空間無線通信的研究應(yīng)用已涵蓋無線電波、微波到紅外、可見光、紫外等電磁波范圍，而對X射線通信的研究應(yīng)用還是空白。因此，利用X射線作為信息載體的新概念空間通信方法研究具有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用前景。

 

　　趙寶升告訴《中國科學(xué)報》，由于X射線波長很短，穿透能力很強(qiáng)，當(dāng)X射線光子能量大于10千電子伏特（波長小于0.12納米）、在大氣壓強(qiáng)低于10-1帕斯卡時，X射線透過率為100%，傳輸幾乎無衰減。這意味著可利用很小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離空間通信。因此，與微波、激光等其他電磁波的通信相比，X射線通信具有方向性好、發(fā)射功率低、傳輸距離遠(yuǎn)、保密性強(qiáng)、不受空間環(huán)境電磁干擾、通信頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，有望未來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星實(shí)時通信。2007年，美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的天文物理學(xué)家Keith Gendreau提出了利用X射線實(shí)現(xiàn)空間衛(wèi)星飛行器點(diǎn)對點(diǎn)通信的概念，被認(rèn)為是“下一代新的空間通信方法”。

 

　　趙寶升等開發(fā)的X射線調(diào)制源是將真空三極管和X射線管的技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了X射線能量的高速調(diào)制，理論設(shè)計發(fā)射帶寬可達(dá)50G赫茲。同時，基于微通道板的X射線探測器具有時間響應(yīng)快、接收面積大、最小可探測功率小等優(yōu)點(diǎn)。利用該技術(shù)方案，當(dāng)X射線發(fā)散角小于2毫弧度、X射線光子能量大于20千電子伏特、X射線發(fā)射功率為100毫瓦，可在太空傳輸6000公里以上。

 

　　目前，西安光機(jī)所已搭建了基于語音通信的X射線數(shù)字傳輸驗(yàn)證系統(tǒng)，主要包括X射線的發(fā)射裝置和接收裝置，已實(shí)現(xiàn)OOK（開關(guān)鍵控）和PWM（脈沖寬度調(diào)制）兩種調(diào)制方式下的語音通信，在6米真空管道中通信速率達(dá)64千比特每秒。張行勇