雷鋒網(wǎng)注：【 圖片來源：IEEE  所有者：NASA 】

今年春天，國際空間站（ISS）將發(fā)射第一個x射線通信信號?？臻g站里的宇航員會在第一時(shí)間獲悉此次試驗(yàn)是否成功，該空間站同樣是信號的接收器。這次原理驗(yàn)證試驗(yàn)，僅在ISS上劃定的50米范圍內(nèi)進(jìn)行，這可能是未來空間通信的一個重要標(biāo)志。

根據(jù)NASA的初步計(jì)算，x射線通信(XCOM)可以在太陽系產(chǎn)生每秒千兆比特的數(shù)據(jù)速率。NASA戈達(dá)德航天飛行中心位于馬里蘭州，該機(jī)構(gòu)任務(wù)工程部的技術(shù)助理負(fù)責(zé)人Jason Mitchell表示：“下一代通信最大的前景在于將x射線運(yùn)用到深空通信。這樣甚至可以聯(lián)系上太陽系之外的外行星?！敝灰隳軠?zhǔn)確地瞄準(zhǔn)x射線源(這可沒那么簡單)，x射線就能保持高度聚焦，并且保持低能量預(yù)算，為未來行星或行星外任務(wù)的深空通信提供保障。

Mitchell說，舉個例子，一個餐盤大小的激光通信光束從近地軌道(距地球2000公里)射出，當(dāng)它到達(dá)地球同步軌道(距地球表面42000公里)時(shí)，它的光束會擴(kuò)散成足球場那么大。相比之下，x射線信號的光束大小幾乎沒有變寬。換句話說，XCOM的聚焦強(qiáng)度將是激光束的1000倍。她接著補(bǔ)充道：“這才是真正的點(diǎn)對點(diǎn)通信，這對信息安全至關(guān)重要?！?/p>

x射線還能穿透無線電波或微波無法穿透的地方。例如，當(dāng)航天器重新進(jìn)入地球大氣層時(shí)，射頻噪聲使其無法通過常規(guī)的無線電頻道與地面通信。(想想電影《阿波羅13號》中那段緊張的橋段，當(dāng)時(shí)通訊中斷，任務(wù)控制中心不知道舉步維艱的宇宙飛船是否在重返大氣層后幸存)。

NASA戈達(dá)德太空物理學(xué)家Keith Gendreau說，即使是在阿波羅計(jì)劃時(shí)期，NASA的工程師們也在構(gòu)思創(chuàng)建宇宙飛船的x射線通信系統(tǒng)，讓飛船的通訊在重返地球的過程中不會間斷?！爱?dāng)時(shí)，科學(xué)家們考慮使用真正傳統(tǒng)的熱絲x射線源，”Gendreau說，“顯然，他們從來沒有這樣做過，因?yàn)檫@樣事倍功半?！?/p>

今年春天將進(jìn)行測試的套件，是所謂的調(diào)制x射線源(MXS)。這組套件運(yùn)用了一種擁有新用途的舊技術(shù)。Gendreau說：“我們不想發(fā)射像醫(yī)用x光管那樣的x射線源，而是利用光電驅(qū)動的x射線源。這正是愛因斯坦獲得諾貝爾獎的原因。它的存在并不是為了證明相對論，而是為了解釋光電效應(yīng)。”

MXS將于4月底登上ISS，這只是一系列實(shí)驗(yàn)的其中一步。在x射線信號的接收端，是一個于2017年安裝的一個實(shí)驗(yàn)裝置——中子星內(nèi)部成分探測器（NICER）。NICER目前正在觀測脈沖星發(fā)出的x射線信號，觀測到的信息會用于發(fā)展基礎(chǔ)科學(xué)，以及探索可以作為航天導(dǎo)航信標(biāo)的、脈沖星所發(fā)出的x射線信號的其他用途。

雷鋒網(wǎng)注：【 圖片來源：IEEE  所有者：William Hrybyk/NASA 】

更巧的是，Gendreau最早提出了讓目前的XCOM系統(tǒng)作為軌道上超精密定位器的一部分，這個定位器可以被一些試圖成像銀河系黑洞的宇宙飛船所使用，比如天鵝座X-1。Gendreau說，開發(fā)用于未來任務(wù)部署的XCOM技術(shù)并不需要超出現(xiàn)有技術(shù)的飛躍。他說：“如果你開始投入資源，并且有一些人對此感興趣，那么，這件事的實(shí)現(xiàn)就不會那么遙遠(yuǎn)了。”

他還表示，“衍射限制光學(xué)讓你的iPhone晶體管變得越來越小，這件事完全是有可能的，因?yàn)橐呀?jīng)有數(shù)十億美元投資于制造那些衍射受限的紫外光學(xué)器件?！彼f，為實(shí)際的深空通信擴(kuò)展一個XCOM系統(tǒng)，可能需要一個類似MXS的發(fā)射機(jī)、一個類似NICER的接收器、額外的光學(xué)設(shè)備，以及一個超精確的指向系統(tǒng)。Gendreau說：“這才是工程?！?/p>

從近年來在XCOM系統(tǒng)上發(fā)表的文章數(shù)量來判斷，中國的研究人員在該領(lǐng)域似乎也很活躍。即將出版的新書《太空中的大國》(Great Powers in space)的作者、戰(zhàn)略分析師Namrata Goswami說， NASA發(fā)現(xiàn)中國獨(dú)立開發(fā)如此有前景的太空通信技術(shù)不應(yīng)感到驚訝。Goswami說:“今年早些時(shí)候，中國已經(jīng)成為世界上第一個建立試驗(yàn)性天基太陽能電站(SBSP)的國家，電站地點(diǎn)在重慶。因此，中國在x射線深空通信方面的投資似乎與過去幾年中國在其他方面的投資步調(diào)一致。”

雷鋒網(wǎng)注：本文編譯自IEEE Spectrum

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