365官网:NASA的首次X射线通信技术验证计划于今春进行:向太空传输数据将更快更多!

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  今年春天,科学家计划在国际空间站验证一种新型试验性太空通信技术。

  NASA现阶段是依靠无线电波在宇宙飞船和地球之间传送信息。新兴的激光通信技术提高了数据速率,使飞船一次可以传输更多的数据。这次展示的技术包括X射线通信技术,简称XCOM,这种技术优势更多。

  X射线的波长比红外线或无线电的波长短得多。原则上,这意味着在相同的传输功率下,XCOM技术传输的数据更多。X射线能够以更密集的光束传播,因此在远距离通信时消耗的能量更少。

  如果这一技术可行,人们将对通信技术更感兴趣,这将为深太空任务提供更高效的每秒千兆比特的数据速率。这种极高的数据传输速率目前并不常见,但新的研究项目已经将一些技术领域的计算能力推向了这一范围。

  贾森·米切尔(Jason Mitchell)说:“验证这一技术,这一刻我们已经等了很久。”米切尔是NASA(美国航空航天局)在马里兰州格林贝尔特的戈达德航天中心(Goddard Spaceflight Center)的工程师,他参与开发了这项技术验证,届时将通过一种名为“调制后X射线源”(Modulated x - Source,简称MXS)的设备进行验证。

  

  NASA的首次X射线通信验证将在国际空间站进行。这幅图像显示了调制后x射线源(MXS)和中子星内部成分探测器NICER)的位置,这是验证的关键。图源:Spacedaily.com

  米切尔说:“对一些必须在极远的距离上进行操作的任务来说,XCOM可能是一种可行的技术。”

  也许更引人注目的是,至少就人类太空飞行而言,X射线可以穿透飞船以高超音速穿过地球大气层时形成的热等离子体鞘层。等离子体有屏蔽作用,会切断飞船与外部任何物体的无线电频率通信,并持续几秒钟——这段令人紧张的时间在电影《阿波罗13号》(Apollo 13)中有所描述。但是,由于目前还没有人将X射线用于通信系统,因此可能会有其他未曾想到的应用,米切尔说。

  米切尔继续道:“我们近期的目标是找到感兴趣的合作伙伴,帮助进一步发展这项技术。”

  编码数字位

  为了演示验证这种新的通信技术,NASA将使用MXS设备来产生速射的X射线脉冲。MXS由戈达德航天中心开发的另一种名为NavCube的计算和导航技术控制操作,在对数字比特进行编码以进行传输时,MXS将每秒开关多次。

  从实验有效载荷开始365官网,MXS设备将通过调制后的X射线将编码后的数据发送到检测器上,检测器位于距离空间站165英尺(约一个足球场宽)处的中子星内部组成探测器(NICER)。这样一来,NICER就成了单向X射线信号的接收器。

  虽然第一次XCOM测试将传输包括类似GPS的信号,但米切尔说团队可能会在这次之后尝试传输一些更复杂的东西,

  米切尔说:“重要的是,我们要传输一种我们可以识别的已知代码,以确认NICER可以精确接收我们发送的信号。”

  NICER的主要目的是收集宇宙中密度最大的天体的数据——中子星及其会发送脉冲信号的近邻脉冲星,但同时它也是设计来验证先进技术的。除了验证XCOM,NICER还证明了X射线在太空导航的有效性,并在2017年验证了脉冲星可以作为导航的定时源。

  在那次为期两天的验证中,NICER团队进行了一项名为“用于 X 射线定时和导航技术的空间站探测器”(Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology,简称SEXTANT)的实验,他们从4个毫秒脉冲星上收集了78次测量数据。研究小组将这些数据输入机载算法,自动组合出一个导航方案,揭示了 NICER作为空间站的有效载荷在地球轨道上的位置。实验开始后的8小时内,系统集中在目标距离6.2英里内的一个位置,并且接下来的时间里一直都没超过这个距离。

  NICER能够开展科学研究并验证新兴革命性技术,这一能力引起了那些计划开创NASA下一个载人航天时代的人的注意。杰克·布里克(Jake Bleacher)是负责为戈达德航天中心的科学家确定探索区域的首席勘探科学家,在这些区域他们可以支援人类探索月球和火星。他认为现在能执行多种功能的任务被科学家视为一种模范。

  技术遗产

  使用X射线通信和导航的想法始于十多年前,365体育当时NICER的项目负责人基思(Keith Gendreau)开始研究实现一种叫做黑洞成像仪的技术,该技术的目的是直接成像超大质量的黑洞表面或“不归点”——在这些地方粒子和光子都无法逃脱。

  他们的想法是建立一个精确排列的宇宙飞船集合,本质上这一集合将创造一个X射线干涉仪,一个用来测量物体位移的仪器。他构想着利用X射线源作为信标,以实现高度精确的相对导航。利用研究和发展基金,他开发了MXS设备。

  基思随后推断,如果他能通过调制器调节X射线,也能实现通信的目的,NICER三合一任务就是这样产生的。


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