恒定面积抛物面天线和反射镜的远场角波束宽度与发射信号的波长成正比。因此,天线或透镜的发射信号功率分布在与波长平方成正比的立体角上,即到达接收器的信号功率与频率平方成正比。对于给定的发射孔径尺寸,频率越高,到达接收器的信号功率越大。接收器噪声也会随着频率的增加而增加。在光频率下,与频率成正比的量子噪声占主导地位。在射频下,量子噪声微不足道:其他不随频率强烈变化的噪声源占主导地位。因此,首先,接收器噪声与频率成正比。由于接收信号功率与频率平方成正比,接收器信噪比 (SNR) 与频率成正比。无差错通信的最大可能速率会随着接收的 SNR 而增加。这是光通信的主要优势。迄今为止,NASA 使用的最高下行射频通信频率是深空 Ka 波段下行频率 32 千兆赫 (GHz)。典型的下行光波长为 1550 纳米 (nm),相当于 193.5 太赫兹 (THz) 的频率。因此,光与射频频率之比为 193.5 THz/32 GHz,约为 6000。在其他所有条件相同的情况下,1550 nm 光通信系统的接收器 SNR 有可能比 Ka 波段系统高 6000 倍。
概述 空间通信在促进地球大气层以外的探索、科学研究、商业活动和空间安全方面发挥着至关重要的作用。该领域的进步对于扩大我们对宇宙的理解和提高我们在太空中的能力至关重要。尽管空间通信具有潜在的好处,但它也带来了一些挑战,包括安全和隐私问题(例如数据泄露、未经授权的访问)、互操作性问题(由于不同的设备和协议)、可扩展性挑战、电池供电设备的电源管理以及与空间财产所有权和使用相关的道德考虑。另一方面,政府和国际组织的作用是多方面的,包括监管、投资、合作、应急响应、探索、交通管理和对商业活动的支持。通过履行这些职责,政府有助于促进空间通信技术的开发和利用,造福整个社会。
空间量子通信和网络研讨会由加州大学伯克利分校空间科学实验室主办,美国国家航空航天局空间通信与导航部门和美国国家标准与技术研究所赞助,汇集了来自学术界、工业界和政府机构的知名技术和项目领导人,他们将在两天内确定美国宇航局需要开发和完善哪些用于空间通信和网络的关键量子技术,以高效设计和执行量子技术演示空间任务。
学术共识引用学术共享引用O'Keefe,John T.,“使用二锡氧化物(ITO)的光学透明的RF组件启用混合光学微波空间通信”(2024)。博士学位论文和硕士论文。870。https://commons.erau.edu/edt/870
提交给:美国国家航空航天局咨询委员会——人类探索和行动 提交人:美国国家航空航天局空间通信和导航空间行动任务理事会代理助理副副局长苏珊·张女士 2023 年 11 月 20 日。
使用空间作为媒介的接收,发送和处理信息的过程称为空间通信。信息以声波的形式发送。电磁波用作发送信息的载体。电磁波的频率很高。叠加后所得波称为调制波。该调制波具有与光速相同的速度传播到空间的能力。使用此过程信号可以在很小的时间间隔内传输到长时间。电磁波可以传播,因为地球的大气层有助于在地球表面传播这些波。空间通信是指在不同空间资产(例如航天器,卫星和地面站)之间进行信息的交换。此通信对于各种太空任务至关重要,包括遥感,科学探索和基于卫星的服务,例如天气预报,导航和电信。空间通信系统涉及复杂的技术,包括天线,放大器,调节器,解调器和加密技术。高级通信技术的发展在改善太空技术和科学研究方面发挥了关键作用。随着空间通信系统和人工智能(AI)的整合,可以提高这些系统的效率和责任,同时降低成本并提高传输数据质量。
美国宇航局依靠其深空网络 (DSN) 提供通信链路,引导和控制航天器并带回任务中的图像和其他数据。DSN 由位于加利福尼亚州戈德斯通、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉附近的三个通信设施组成。这些设施使用天线与距离地球 10,000 英里到太阳系边缘甚至更远的航天器进行通信。美国宇航局的空间通信和导航 (SCaN) 项目办公室管理美国宇航局的空间通信活动,包括 DSN 提供的地面设施和服务,并与该机构的任务理事会合作,确定当前和未来任务的通信和导航要求。DSN 由喷气推进实验室 (JPL) 管理,由美国宇航局通过与加州理工学院签订的合同提供资金。美国宇航局的 JPL 管理和监督办公室负责监督美国宇航局与澳大利亚和西班牙政府签订的合同,以管理外国 DSN 站点的日常运营。