日前，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布消息稱，國際空間站將于近日試驗(yàn)一種新型深空通信技術(shù)——X射線通信。
參與這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目的NASA工程師賈森·米切爾說，研究人員對(duì)試驗(yàn)這種新型通信技術(shù)期盼已久，如果試驗(yàn)成功，該技術(shù)有望為人類探索深空提供支持。
醫(yī)院常用的X射線如何在通信領(lǐng)域發(fā)揮作用？這項(xiàng)通信技術(shù)的應(yīng)用前景如何？帶著這些問題，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)專家。
“多快好省”的通信技術(shù)
深空通信的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)合就是空間中衛(wèi)星和衛(wèi)星之間的通信，以及衛(wèi)星和航天器之間的通信。當(dāng)前承擔(dān)深空通信任務(wù)的，主要是無線電通信技術(shù)及日趨成熟的激光通信技術(shù)。中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所助理研究員蘇桐告訴科技日?qǐng)?bào)記者，目前深空無線電通信正朝著實(shí)現(xiàn)30GHz到300GHz的載波頻率方向努力，也就是毫米波通信方向。
生活中，手機(jī)信號(hào)這種無線電波的波長一般是厘米級(jí)的，而X射線的波長是納米級(jí)的。“載波頻率越高，能容納的信號(hào)帶寬就越大。X射線比無線電波的頻率要高7到8個(gè)量級(jí)，因此X射線通信比無線電波的理論傳輸容量更大。”蘇桐說。
“其實(shí)，無論是無線電波還是X射線，它們都是電磁波。”蘇桐表示，隨著技術(shù)不斷成熟，人們逐漸意識(shí)到，X射線不僅能被用于醫(yī)療或工業(yè)領(lǐng)域，也能被用于通信領(lǐng)域。
NASA研究人員稱，若X射線通信試驗(yàn)成功，深空每秒千兆比特的高速數(shù)據(jù)傳輸有望成為現(xiàn)實(shí)。
“打個(gè)比方，如果將通信載波比作一條高速公路，那么通信帶寬就可以被看作是公路上的一條條車道。如果說無線電波通信能提供的車道只有幾條，那么X射線通信可提供的車道就會(huì)更多。車道越多，單位時(shí)間內(nèi)能通過的車就越多；帶寬越大，單位時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也就越多。”蘇桐說，在相同發(fā)射功率下，X射線能承載的數(shù)據(jù)更多，相對(duì)而言也更加節(jié)能，是項(xiàng)“多快好省”的通信技術(shù)。
助航天器解決失聯(lián)問題
蘇桐介紹道，X射線被用于通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)在于，其頻率高、單個(gè)光子能量大、穿透力強(qiáng)。未來，這一通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景主要有兩個(gè)：遠(yuǎn)距離、高速率的星際通信；特殊電磁環(huán)境下的深空通信。
“黑障區(qū)”是X射線通信大顯身手的地方。“黑障區(qū)”是指航天器在返回大氣層時(shí)，在航天器周圍形成的一個(gè)高溫等離子體鞘套，它產(chǎn)生于距離地球表面約40公里到100公里的高空。
蘇桐介紹道，因?yàn)榈入x子體鞘套中電子密度極高，具有吸收和反射電磁波的能力，因而當(dāng)航天器穿越“黑障區(qū)”時(shí)，無線電信號(hào)會(huì)中斷，航天器也就與外界失去了聯(lián)系，這個(gè)過程大概會(huì)持續(xù)4分鐘至10分鐘。此時(shí)，地面人員無法及時(shí)獲取航天器的相關(guān)參數(shù)，可能會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。
“目前，相關(guān)研究人員已采用多種方式，試圖克服‘黑障區(qū)’的通信障礙，但效果都不理想。”蘇桐表示。
此前已有研究表明，X射線通信有望助力航天器克服這一難題。“X射線的頻率高，能夠穿透這片區(qū)域。”蘇桐表示，還有研究者曾提出，X射線通信或許將為火星探測(cè)器通信提供技術(shù)支撐。
三大技術(shù)難關(guān)尚待攻克
不過，要實(shí)現(xiàn)上述功能并非易事，需要在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上有所突破。
首先是發(fā)射源技術(shù)。因?yàn)閄射線的頻率太高，因而需要經(jīng)過調(diào)制，但調(diào)制的難度比較大。
其次，實(shí)現(xiàn)高效率的X射線準(zhǔn)直和聚焦難度較大。因?yàn)橥獍l(fā)散X射線時(shí)，射線角度會(huì)比較大，容易造成射線損耗。通過準(zhǔn)直技術(shù)，可以將X射線匯聚成較平行的發(fā)射光束，再通過聚焦技術(shù)，使接收端盡可能收集更多X射線。
還有一個(gè)難點(diǎn)是X射線的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)（ATP）技術(shù)。“除了X射線，其他波長較短的電磁波，如紫外線、伽馬射線等，若將它們用于通信，都會(huì)面臨這3方面的技術(shù)問題。區(qū)別在于，不同波長的電磁波技術(shù)方案和實(shí)現(xiàn)難度有所不同。”蘇桐表示。（實(shí)習(xí)記者 代小佩）