Как будет выглядеть передатчик рентгеновской связи (XCOM)?

В новостной статье НАСА NavCube НАСА может поддерживать демонстрацию рентгеновской связи в космосе — НАСА впервые упоминает о потенциальном использовании длины волны рентгеновского излучения для расширения диапазона связи в дальнем космосе. Пока единственное преимущество, которое я вижу перед оптическими средствами связи, — это более короткая длина волны, что означает потенциально меньшее расхождение для данной апертуры.

Например, используя круглые числа, фотон с энергией 1 эВ имеет длину волны примерно 1 микрон. При передаче обратно на Землю с апертурой 10 см угол расхождения составит 1E-05 радиан (около 2 угловых секунд), но для его использования требуется:

  • Дифракционная оптика
  • Размер источника, ограниченный дифракцией (например, волоконно-оптический полупроводниковый лазер)
  • Красиво заполненное отверстие
  • Механическое выравнивание внутри системы с микронной точностью
  • Точность наведения луча и стабильность до одноразрядных угловых секунд

Все это, безусловно, выполнимо. Точное управление наведением луча может быть выполнено, например, с помощью активируемого устройства слежения МЭМС в фокальной плоскости, но фиксация и отслеживание оптического маяка будут затруднены из-за значительных оптических задержек. Давайте предположим, что это каким-то образом решается — возможно, путем отслеживания случайных звезд по тому же оптическому пути (вне оси).

Для рентгеновских энергий, например, 100 эВ, 1 кэВ и 10 кэВ длины волн составляют порядка 100, 10 и 1 ангстрем! Чтобы воспользоваться ими, кажется, что многие, если не все вышеперечисленные элементы, должны быть в 100–10 000 раз лучше, чем оптическая система.

Вопрос: Есть ли какие-либо исследования или даже предположения о том, как будет выглядеть рентгеновский передатчик в глубоком космосе? Или преимущество рентгеновских лучей для дальнего космоса на самом деле не связано с оптикой с ограничением дифракции?

Обновление: Подойдет даже прототип, он не обязательно должен быть передатчиком, способным работать в дальнем космосе в прайм-тайм.

Одно ограничение, о котором я могу думать, заключается в том, что многие небесные объекты испускают рентгеновские лучи, поэтому это может затруднить получение определенного рентгеновского сигнала. Кроме того, X-Ray имеет частоту от 16 до 19 порядков. Мы обычно используем диапазоны X и S для дальнего космоса и диапазоны C/K/Ka для аппаратов, находящихся на околоземной орбите: самая высокая частота здесь — диапазон Ka, который достигает 26 ГГц (IIRC). Чем выше частота, тем больше энергии требуется для генерации сигнала. Это вызывает такую ​​озабоченность, что подавляющее большинство космических аппаратов используют более низкую частоту для нисходящей линии связи, чем для восходящей.
@ChrisR это верно для связи в дальнем космосе? Например, «Вояджеры» теперь связываются с Землей только через X-диапазон (~ 8,4 ГГц) и принимают восходящую связь с Земли через S-диапазон (~ 2,4 ГГц). Это связано с тем, что параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления имеет коэффициент усиления +48 дБи для X-диапазона и только +36 дБи для S-диапазона. После того, как они ушли очень далеко от Земли, они остановили нисходящую линию S-диапазона. И это из-за того же эффекта дифракции, который обсуждался в вопросе. Для того же уровня сигнала на земле более высокая частота потребует меньше энергии, а не больше .
@ChrisR существует множество помех от астрономических источников на радиочастотах и ​​оптических частотах - проверьте количественно. Поскольку частота рентгеновских фотонов намного выше, проблемы, связанные с ограничением теплового шума входной части, сильно отличаются от проблем, связанных с ВЧ-входной частью.
Создание параболической рентгеновской антенны с очень малой шириной луча является проблемой используемой оптики. Использование линз невозможно, а зеркала можно использовать только в том случае, если угол от плоскости отражения очень мал. Модулирование рентгеновского снимка данными с высокой пропускной способностью является еще одной проблемой.
возможно полезно: techport.nasa.gov/view/94821 и youtu.be/e4nXU1xF_Tg?t=576
Вот кубсат, оснащенный детектором рентгеновского излучения (с фотографиями) directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/… , не совсем приемопередатчик, но все же. Кроме того, тот, кто создал логотип для проекта НАСА XCOM, похоже, был сильно вдохновлен логотипом видеоигры XCOM, что очень весело.
@Dragongeek очень крутой, но мне нужно время, чтобы понять детали ADCS; Я думаю, что назревает вопрос... Также вверху написано "...и сочленяющаяся солнечная батарея". что напомнило мне о том, имеют ли значительная часть кубсатов (или вообще какие-либо) шарнирные солнечные панели / паруса, которые можно направить на Солнце? Я не знаю, имеют ли они в виду только то, что матрица раскрывается, когда нить разрезается, или она действительно сочленяется. Поскольку ось крена указывает на Солнце, я не могу представить, почему это могло бы...
@ChrisR, Re: «Чем выше частота, тем больше энергии требуется для генерации сигнала». Это может быть верно для конкретной технологии, которую мы используем для генерации микроволновых сигналов, но понятие «частота» в основном не имеет смысла для рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи будут генерироваться какой-то другой технологией, и у нее будут свои собственные правила проектирования.

Ответы (2)

Потребовалось бы что- то отличное от рентгеновской трубки .

  • Эффективность рентгеновских трубок очень низкая, около 1 % или меньше.

  • Частотный диапазон испускаемых рентгеновских лучей очень широк.

  • Ширина луча очень плохая.

  • Импульсная модуляция медленная, около миллисекунды.

Конечно, есть рентгеновские лазеры и, в последнее время, электронные ондуляторы или даже лучше. Я бы также сосредоточился на временной области; получение 10 импульсов в одну секунду может быть шумом, но если все они пришли в течение 1 миллисекунды, а затем последовало 999 миллисекунд тишины, то это, например, четкий сигнал.
Но существует ли легкий компактный рентгеновский лазер или источник синхротронного излучения?
Мой опубликованный вопрос не из легких!
Я добавил несколько ссылок под вопросом, посмотрите.

Я не уверен, как выглядит «антенна» для системы связи с рентгеновским излучением (если рискнуть предположить, вероятно, экран большой площади + детектор ФЭУ, как в системах обратного рассеяния), но миниатюрная высокоскоростная система НАСА Модулированный источник рентгеновского излучения (MXS) может быть тем, что есть на МКС.

Вместо того, чтобы получать свои электроны от термоэлектронной эмиссии, он использует фотокатод, освещаемый быстрым светодиодом, который выполняет фактическую модуляцию, и умножитель электронов!

Технология

MXS производит электроны, направляя УФ-свет от светодиода на материал фотокатода, такой как магний. Затем электроны ускоряются до нескольких кВ и попадают в выбранный материал мишени; замедление производит рентгеновское излучение, характерное для цели. MXS использует электронный умножитель для высокой эффективности производства рентгеновского излучения.

Загрузите информационный бюллетень в формате PDF по этой технологии.

ИНЖИР. 1: В обычных источниках рентгеновского излучения используется нагретая нить накала с переходами включения/выключения в несколько секунд.

ИНЖИР. 2: MXS использует фотоэлектроны для изменения выходного рентгеновского излучения в наносекундном масштабе.

ИНЖИР. 1: В обычных источниках рентгеновского излучения используется нагретая нить накала с переходами включения/выключения в несколько секунд. ИНЖИР. 2: MXS использует фотоэлектроны для изменения выходного рентгеновского излучения в наносекундном масштабе.

"Я не знаю, как выглядит "антенна" для рентгеновской системы связи..." Я думаю, что это выглядело бы намного лучше ! :-)
Медицинская рентгенография использует гораздо более короткое время экспозиции, менее 100 мс, < 50 мс, < 20 мс. Несколько секунд могут привести к очень низкому качеству изображения.
Интересно, может ли это также быть ответом на самое высокое напряжение постоянного тока, когда-либо преднамеренно созданное в космосе? В таких случаях будет опубликовано несколько ответов (нельзя ожидать, что один человек будет знать все напряжения в космосе), и я думаю, что следует упомянуть 10 кВ, даже если мы не можем быть на 1000% уверены, что это именно то используемое напряжение. на МКС.
Как будет выглядеть передатчик рентгеновской связи (XCOM)?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v