[发明专利]直接利用太阳X射线的空间通信系统

说明书

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