淺談深空探測通信技術的發展

馬浚洋

湖南省長沙市第一中學 長沙 410005

淺談深空探測通信技術的發展

馬浚洋

湖南省長沙市第一中學 長沙 410005

深空探測通信技術屬于一種新型的技術，可以幫助人們更好地了解宇宙、太陽系和地球，近些年來，各個國家都非常注重深空探測通信技術的發展，但是，在各類因素的影響下，這一技術的應用還存在一些問題。本文主要針對深空探測通信技術的問題和發展趨勢進行分析。

深空探測通信技術；問題；發展趨勢

深空探測技術是一種航天活動，可以幫助人們更好地了解宇宙、太陽系和地球，也是人們考察太陽系的首要步驟，步入到21世紀之后，各個國家都紛紛推出深空探測戰略，在這一背景下，深空探測通信技術也得到了進一步的發展。

1.深空探測天線特征分析

深空探測活動對于探測器天線是有著非常嚴格的要求的，在探測器質量因素的限制下，深空探測天線不僅需要滿足質量輕、體積小的要求，還需要能夠折疊。此外，研究顯示，在探測器接近太陽系中心時，溫度會超過300℃，在太陽系邊沿位置，溫度則在-200℃以下，因此，深空探測天線也必須要滿足這種嚴苛的環境要求，只有使用特殊的材料，才能夠保障天線工作的穩定性。

2.深空探測通信工作中的常見問題

2.1 傳輸距離的問題

由于通信距離過遠，就會增加通信路徑損耗，因此，傳輸距離也是深空探測通信工作中存在的最大問題。目前，深空探測器在遇到探測目標時，會首先使用高速取樣的方式進行存儲，將數據存儲在存儲器之中，離開探測目標之后，再將數據傳輸至地球，傳輸速率與數據傳輸時間是一種正比關系。深空探測器收集的圖像與數據是非常珍貴的，但是由于設備的容量有限，時延問題也時有發生。

2.2 斷續測控問題

探測器的探測工作主要包括繞飛、飛躍、軟著陸、硬著陸幾種形式，被測星體是不斷處在自轉運動中的，探測衛星也不斷地進行了運動，因此，在地球中建立通信站，一般也只能夠觀測到8～12個小時的數據，如何采集更多的數據和資料也是現階段下一個亟待解決的問題。

2.3 高精度導航定位問題

導航定位直接影響著深空通信的精度，為了順利接收數據，地面站需要與探測器保持好一定的角度與距離，但是由于深空探測器的探測距離非常遠，對于測距、測角以及測速的要求更高，因此，高精度導航定位問題也是影響深空探測通信技術發展的一個問題。

3.深空探測天線技術未來發展趨勢分析

3.1 小型化的發展趨勢

就現階段來看，深空探測通信頻段主要使用X頻段與S頻段，但是X頻段的通信效果并不理想，因此，需要不斷優化天線的工作頻段。以美國卡西尼號深空探測器為例，就使用了Ka頻段，與X頻段相比，碼速率與系統信噪比更高。在提高天線工作頻率之后，可以有效優化測角分辨率與精度，減輕探測器的質量，因此，小型化發展趨勢是未來深空探測天線技術的一個重要發展趨勢。

3.2 大型可展開結構反射天線的發展趨勢

由于深空探測器的探測距離很遠，因此，通信鏈路損耗也非常大，怎樣彌補該種損失是發展深空探測技術需要解決的一個問題，而應用大口徑高增益定向天線則可以有效滿足這一趨勢，因此，發展大型可展開結構反射天線也是深空探測通信技術的一個發展趨勢。這一技術的應用包括金屬網面展開天線、固面展開天線、膜面展開天線三種類型。其中，固體面展開天線的反射面具有剛性好和實現高反射面精度的優點，與金屬網面以及膜面展開天線相比，固體面展開天線可用于高頻段，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天線，它的反射器材料常采用碳纖維復合材料面板，鋁蜂窩夾層結構，精度可以做得很高。隨著衛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用前景。

膜面展開（充氣）天線是柔性結構和新型復合材料在航天領域的拓展應用。這種天線收起時成為一個小球，在軌道上通過充氣被吹成所需形狀，將壁面作為反射面。天線的主要構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量最輕、收縮比最大的可展開天線形式，且天線的造價低、精度高、展開可靠性高，有著其他天線所不具備的優點，正得到越來越廣泛的重視，是大型可展開天線的重要發展方向。

4.結語

在深空探測技術的發展之下，探測距離也不斷地得到了增加，深空探測器天線也開始朝著大口徑、高頻率的方向發展，這有效促進了深空探測器天線技術的發展。與發達國家相比，我國建立全天候地面深空網、開展深空探測和通信具有很大困難。短期內對于近距離的月球探測我國尚可應付，將來對于深空的研究，采用現有的方法很難取得長足的發展，我國應當依照現有的科技實力和優勢，開發出新的深空探測思路。

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