淺談深空探測(cè)通信技術(shù)的發(fā)展

馬浚洋

湖南省長(zhǎng)沙市第一中學(xué) 長(zhǎng)沙 410005

淺談深空探測(cè)通信技術(shù)的發(fā)展

馬浚洋

湖南省長(zhǎng)沙市第一中學(xué) 長(zhǎng)沙 410005

深空探測(cè)通信技術(shù)屬于一種新型的技術(shù)，可以幫助人們更好地了解宇宙、太陽(yáng)系和地球，近些年來(lái)，各個(gè)國(guó)家都非常注重深空探測(cè)通信技術(shù)的發(fā)展，但是，在各類因素的影響下，這一技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題。本文主要針對(duì)深空探測(cè)通信技術(shù)的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

深空探測(cè)通信技術(shù)；問(wèn)題；發(fā)展趨勢(shì)

深空探測(cè)技術(shù)是一種航天活動(dòng)，可以幫助人們更好地了解宇宙、太陽(yáng)系和地球，也是人們考察太陽(yáng)系的首要步驟，步入到21世紀(jì)之后，各個(gè)國(guó)家都紛紛推出深空探測(cè)戰(zhàn)略，在這一背景下，深空探測(cè)通信技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

1.深空探測(cè)天線特征分析

深空探測(cè)活動(dòng)對(duì)于探測(cè)器天線是有著非常嚴(yán)格的要求的，在探測(cè)器質(zhì)量因素的限制下，深空探測(cè)天線不僅需要滿足質(zhì)量輕、體積小的要求，還需要能夠折疊。此外，研究顯示，在探測(cè)器接近太陽(yáng)系中心時(shí)，溫度會(huì)超過(guò)300℃，在太陽(yáng)系邊沿位置，溫度則在-200℃以下，因此，深空探測(cè)天線也必須要滿足這種嚴(yán)苛的環(huán)境要求，只有使用特殊的材料，才能夠保障天線工作的穩(wěn)定性。

2.深空探測(cè)通信工作中的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 傳輸距離的問(wèn)題

由于通信距離過(guò)遠(yuǎn)，就會(huì)增加通信路徑損耗，因此，傳輸距離也是深空探測(cè)通信工作中存在的最大問(wèn)題。目前，深空探測(cè)器在遇到探測(cè)目標(biāo)時(shí)，會(huì)首先使用高速取樣的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器之中，離開(kāi)探測(cè)目標(biāo)之后，再將數(shù)據(jù)傳輸至地球，傳輸速率與數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間是一種正比關(guān)系。深空探測(cè)器收集的圖像與數(shù)據(jù)是非常珍貴的，但是由于設(shè)備的容量有限，時(shí)延問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生。

2.2 斷續(xù)測(cè)控問(wèn)題

探測(cè)器的探測(cè)工作主要包括繞飛、飛躍、軟著陸、硬著陸幾種形式，被測(cè)星體是不斷處在自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的，探測(cè)衛(wèi)星也不斷地進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)，因此，在地球中建立通信站，一般也只能夠觀測(cè)到8～12個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，如何采集更多的數(shù)據(jù)和資料也是現(xiàn)階段下一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

2.3 高精度導(dǎo)航定位問(wèn)題

導(dǎo)航定位直接影響著深空通信的精度，為了順利接收數(shù)據(jù)，地面站需要與探測(cè)器保持好一定的角度與距離，但是由于深空探測(cè)器的探測(cè)距離非常遠(yuǎn)，對(duì)于測(cè)距、測(cè)角以及測(cè)速的要求更高，因此，高精度導(dǎo)航定位問(wèn)題也是影響深空探測(cè)通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)問(wèn)題。

3.深空探測(cè)天線技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1 小型化的發(fā)展趨勢(shì)

就現(xiàn)階段來(lái)看，深空探測(cè)通信頻段主要使用X頻段與S頻段，但是X頻段的通信效果并不理想，因此，需要不斷優(yōu)化天線的工作頻段。以美國(guó)卡西尼號(hào)深空探測(cè)器為例，就使用了Ka頻段，與X頻段相比，碼速率與系統(tǒng)信噪比更高。在提高天線工作頻率之后，可以有效優(yōu)化測(cè)角分辨率與精度，減輕探測(cè)器的質(zhì)量，因此，小型化發(fā)展趨勢(shì)是未來(lái)深空探測(cè)天線技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 大型可展開(kāi)結(jié)構(gòu)反射天線的發(fā)展趨勢(shì)

由于深空探測(cè)器的探測(cè)距離很遠(yuǎn)，因此，通信鏈路損耗也非常大，怎樣彌補(bǔ)該種損失是發(fā)展深空探測(cè)技術(shù)需要解決的一個(gè)問(wèn)題，而應(yīng)用大口徑高增益定向天線則可以有效滿足這一趨勢(shì)，因此，發(fā)展大型可展開(kāi)結(jié)構(gòu)反射天線也是深空探測(cè)通信技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。這一技術(shù)的應(yīng)用包括金屬網(wǎng)面展開(kāi)天線、固面展開(kāi)天線、膜面展開(kāi)天線三種類型。其中，固體面展開(kāi)天線的反射面具有剛性好和實(shí)現(xiàn)高反射面精度的優(yōu)點(diǎn)，與金屬網(wǎng)面以及膜面展開(kāi)天線相比，固體面展開(kāi)天線可用于高頻段，主要有彈跳式和花瓣式。其中，高精度的花瓣式天線是一種精密展開(kāi)天線，它的反射器材料常采用碳纖維復(fù)合材料面板，鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，精度可以做得很高。隨著衛(wèi)星通信的頻率不斷提高，高精度的花瓣式天線具有廣闊的應(yīng)用前景。

膜面展開(kāi)（充氣）天線是柔性結(jié)構(gòu)和新型復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。這種天線收起時(shí)成為一個(gè)小球，在軌道上通過(guò)充氣被吹成所需形狀，將壁面作為反射面。天線的主要構(gòu)件是由薄膜粘接而成的，也稱為充氣式天線。充氣式天線是目前質(zhì)量最輕、收縮比最大的可展開(kāi)天線形式，且天線的造價(jià)低、精度高、展開(kāi)可靠性高，有著其他天線所不具備的優(yōu)點(diǎn)，正得到越來(lái)越廣泛的重視，是大型可展開(kāi)天線的重要發(fā)展方向。

4.結(jié)語(yǔ)

在深空探測(cè)技術(shù)的發(fā)展之下，探測(cè)距離也不斷地得到了增加，深空探測(cè)器天線也開(kāi)始朝著大口徑、高頻率的方向發(fā)展，這有效促進(jìn)了深空探測(cè)器天線技術(shù)的發(fā)展。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)建立全天候地面深空網(wǎng)、開(kāi)展深空探測(cè)和通信具有很大困難。短期內(nèi)對(duì)于近距離的月球探測(cè)我國(guó)尚可應(yīng)付，將來(lái)對(duì)于深空的研究，采用現(xiàn)有的方法很難取得長(zhǎng)足的發(fā)展，我國(guó)應(yīng)當(dāng)依照現(xiàn)有的科技實(shí)力和優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出新的深空探測(cè)思路。

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