面向黑障区应用的X射线通信理论与核心技术研究

The problem of information transmission in the "black barrier" has always been accompanied by the development of high-speed aircraft. It severely restricts the further development of the reentry control technology and poses a great threat to the aircraft's own security. However, because of the lack of theoretical model and the difficulty in implementing reliable ground verification, the “black barrier” communication problem has not yet been solved in a general sense..X-ray communication technology has the characteristics of high penetration, strong anti-interference, high orientation and confidentiality because of its short carrier wavelength and large single photon energy merits. X-ray communication is expected to communicate within the "black barrier" plasma sheath..This project consists of plasma sheath modelling, X-ray and dynamic plasma interaction mechanism researching, "black barrier" X-ray communication demonstration and verification. It will fill the theory blank of X-ray and plasma interaction, as will as the verification of reliable communication in the "black barrier"..This concept was first proposed.

“黑障区”内的信息传输问题始终伴随着高速飞行器的发展史，它的存在严重地制约了再入测控技术的进一步发展并对飞行器的自身安全构成了极大的威胁。由于存在理论模型不完善和可靠地面验证实施困难等难题，“黑障区”通信难题尚未得到普遍意义上的工程解决方案。.X射线通信技术，因其载波波长短、单光子能量大，具有高穿透、强抗干扰、高度定向与保密的特点。使用频率更高的X射线作为通信载波可望在“黑障区”等离子体鞘套环境下实现通信保障。.本项目将通过飞行器等离子体鞘套建模，X射线与非均匀、动态等离子体相互作用机理研究，“黑障区”X射线通信演示验证技术攻关，填补X射线与等离子体相互作用研究的理论空白，实现“黑障区”内可靠通信的方案验证。.本项目属于初次提出的创新性概念。

本项目面向等离子体鞘套环境的通信需求，针对制约空间X射线通信的核心机理与关键技术难题，通过一组核心理论的建立、一项关键技术的攻关、一套地面演示验证系统的搭建，实现了X射线在等离子体中的传输特性研究，并对理论结果进行了实验验证，具体如下。.核心理论方面，构建了基于粒子碰撞特性的X射线与等离子体相互作用模型，并对传统的波动模型进行了修正，得到的修正模型指出，X射线在等离子体中的透过率与入射X射线流量与等离子体电子密度相关，并且只有当满足一定的入射流量条件下，才能实现高透过率的传输。同时，开展了针对等离子体鞘套传输信道特性的X射线功率传输模型与误差概率模型理论研究，实现了针对等离子体鞘套环境的X射线通信全闭环理论建模。.关键技术方面，进行了基于栅控X射线调制发射源的数字调制技术研究，研制了PPM调制解调、语音编解码及误码检测模块电路。X射线的探测接收方面，本文针对等离子体鞘套的特点，设计研制了基于NaI（Tl）闪烁体与光电倍增管的X射线探测系统，并研制了包括跨阻放大电路TIA、恒比定时电路CFD、数字时间转换电路TDC的读出电子学探测系统。.地面演示验证系统方面，结合等离子体模拟装置，搭建了模拟等离子体鞘套环境下的X射线通信演示验证系统，进行了不同能量、不同流量下X射线穿透等离子体的模拟实验，实现了电子密度10e9～10e14/cm3的动态等离子体环境下，传输速率优于1Mbps、误码率10e-6量级的X射线通信实验验证。实验结果表明，本项目中所建立的修正理论模型可以对实验现象进行较好的解释，所研制的闪烁体探测器系统可以实现高时间灵敏、高探测效率的信号还原，所搭建的地面模拟实验系统可以对X射线在动态等离子体中的传输特性实现一定的等效验证。理论和实验结果对于X射线通信技术的发展及其在等离子体鞘套环境中的通信应用探索具有一定的参考价值。