浅谈深空探测通信技术的发展

马浚洋

湖南省长沙市第一中学 长沙 410005

浅谈深空探测通信技术的发展

马浚洋

湖南省长沙市第一中学 长沙 410005

深空探测通信技术属于一种新型的技术，可以帮助人们更好地了解宇宙、太阳系和地球，近些年来，各个国家都非常注重深空探测通信技术的发展，但是，在各类因素的影响下，这一技术的应用还存在一些问题。本文主要针对深空探测通信技术的问题和发展趋势进行分析。

深空探测通信技术；问题；发展趋势

深空探测技术是一种航天活动，可以帮助人们更好地了解宇宙、太阳系和地球，也是人们考察太阳系的首要步骤，步入到21世纪之后，各个国家都纷纷推出深空探测战略，在这一背景下，深空探测通信技术也得到了进一步的发展。

1.深空探测天线特征分析

深空探测活动对于探测器天线是有着非常严格的要求的，在探测器质量因素的限制下，深空探测天线不仅需要满足质量轻、体积小的要求，还需要能够折叠。此外，研究显示，在探测器接近太阳系中心时，温度会超过300℃，在太阳系边沿位置，温度则在-200℃以下，因此，深空探测天线也必须要满足这种严苛的环境要求，只有使用特殊的材料，才能够保障天线工作的稳定性。

2.深空探测通信工作中的常见问题

2.1 传输距离的问题

由于通信距离过远，就会增加通信路径损耗，因此，传输距离也是深空探测通信工作中存在的最大问题。目前，深空探测器在遇到探测目标时，会首先使用高速取样的方式进行存储，将数据存储在存储器之中，离开探测目标之后，再将数据传输至地球，传输速率与数据传输时间是一种正比关系。深空探测器收集的图像与数据是非常珍贵的，但是由于设备的容量有限，时延问题也时有发生。

2.2 断续测控问题

探测器的探测工作主要包括绕飞、飞跃、软着陆、硬着陆几种形式，被测星体是不断处在自转运动中的，探测卫星也不断地进行了运动，因此，在地球中建立通信站，一般也只能够观测到8～12个小时的数据，如何采集更多的数据和资料也是现阶段下一个亟待解决的问题。

2.3 高精度导航定位问题

导航定位直接影响着深空通信的精度，为了顺利接收数据，地面站需要与探测器保持好一定的角度与距离，但是由于深空探测器的探测距离非常远，对于测距、测角以及测速的要求更高，因此，高精度导航定位问题也是影响深空探测通信技术发展的一个问题。

3.深空探测天线技术未来发展趋势分析

3.1 小型化的发展趋势

就现阶段来看，深空探测通信频段主要使用X频段与S频段，但是X频段的通信效果并不理想，因此，需要不断优化天线的工作频段。以美国卡西尼号深空探测器为例，就使用了Ka频段，与X频段相比，码速率与系统信噪比更高。在提高天线工作频率之后，可以有效优化测角分辨率与精度，减轻探测器的质量，因此，小型化发展趋势是未来深空探测天线技术的一个重要发展趋势。

3.2 大型可展开结构反射天线的发展趋势

由于深空探测器的探测距离很远，因此，通信链路损耗也非常大，怎样弥补该种损失是发展深空探测技术需要解决的一个问题，而应用大口径高增益定向天线则可以有效满足这一趋势，因此，发展大型可展开结构反射天线也是深空探测通信技术的一个发展趋势。这一技术的应用包括金属网面展开天线、固面展开天线、膜面展开天线三种类型。其中，固体面展开天线的反射面具有刚性好和实现高反射面精度的优点，与金属网面以及膜面展开天线相比，固体面展开天线可用于高频段，主要有弹跳式和花瓣式。其中，高精度的花瓣式天线是一种精密展开天线，它的反射器材料常采用碳纤维复合材料面板，铝蜂窝夹层结构，精度可以做得很高。随着卫星通信的频率不断提高，高精度的花瓣式天线具有广阔的应用前景。

膜面展开（充气）天线是柔性结构和新型复合材料在航天领域的拓展应用。这种天线收起时成为一个小球，在轨道上通过充气被吹成所需形状，将壁面作为反射面。天线的主要构件是由薄膜粘接而成的，也称为充气式天线。充气式天线是目前质量最轻、收缩比最大的可展开天线形式，且天线的造价低、精度高、展开可靠性高，有着其他天线所不具备的优点，正得到越来越广泛的重视，是大型可展开天线的重要发展方向。

4.结语

在深空探测技术的发展之下，探测距离也不断地得到了增加，深空探测器天线也开始朝着大口径、高频率的方向发展，这有效促进了深空探测器天线技术的发展。与发达国家相比，我国建立全天候地面深空网、开展深空探测和通信具有很大困难。短期内对于近距离的月球探测我国尚可应付，将来对于深空的研究，采用现有的方法很难取得长足的发展，我国应当依照现有的科技实力和优势，开发出新的深空探测思路。

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