什么是空间通信?

[拼音]：kongjian tongxin

[外文]：space communication

地球（或天体）上的实体（人或物）与处在宇宙空间中的飞行器之间的通信，也称宇宙通信。它包括近空和深空通信。近空通信一般指地球上的实体与地球卫星轨道上的飞行器之间的通信。这些飞行器的轨道高度为数百至数十万公里，各种应用卫星(如通信卫星等)、载人飞船和航天飞机等都属于此类。深空通信一般指地球上的实体与离开地球卫星轨道进入太阳系的飞行器之间的通信。通信距离达几亿至几十亿公里。

空间通信的主要用途是：

（1）利用卫星中继实现地球各地的通信、广播、电视、气象、导航等信号的传输；

（2）空间飞行器与地面间传输遥控、遥测数据和图像等；

（3）飞行器作为空间探测的科学研究工具向地球发回科学数据，如对空间环境的探测数据等。

空间通信的特点，可用传输质量的计算公式说明

式中Pr/N0是信号功率与噪声功率密度之比；Pr是接收功率；N0是噪声功率密度;Pt是发射功率；Gt是发射天线的功率增益；D是收发之间距离;Ar是接收天线的有效面积；L是除去自由空间损耗外的总损耗；k是玻耳兹曼常数;


是系统噪声温度；c是光速；f是工作频率；At是发射天线的有效面积。

空间飞行器距离地球甚远，通信衰减一般以近百分贝计，而飞行器上的通信设备的体积、重量和功耗又受到限制。为了克服这种矛盾，必须加大地面天线尺寸，提高发射机的功率和接收机的灵敏度。例如，美国建成的深空通信网，收发站集中在加利福尼亚州的戈德斯通、西班牙的马德里和澳大利亚的迪宾比拉三个地点。每个站都配备可供X和S波段使用的一副64米口径大天线和两副26米口径天线，发射机的功率为数十千瓦到上百千瓦，接收机采用致冷量子放大器，噪声温度低至15K。由于深空通信的信号非常微弱，经常通过信号设计，如采用特种编码和调制、相干接收以及压缩频带等技术，来实现从高噪声中提取信号的目的。

发射卫星或飞行器耗资甚巨，要求设备高可靠、长寿命（一般10年以上），并且能适应太空特殊条件；要求电子元件的失效率低于1非特（10-9/小时），通信设备可以采用备份或切换装置。飞行器在飞行时，会受到辐射带高能粒子的辐射、太阳风和宇宙射线等高速高能电子和等离子的冲击、大范围的温度变化和强烈的冲击振动，因此需要采取特殊防护措施，使太阳电池和内部的器件不受损害。

飞行器（如载人飞船）重返大气层时，飞行速度很高，所产生的冲击波使飞行器的头部和四周的温度高达4000℃，周围空气形成等离子鞘套。其中的无线电波受到很大的衰减，甚至会使通信完全中断(称为“黑障”)。鞘套还会使天线阻抗失配，辐射方向图畸变。传输衰减与等离子鞘套的厚度成正比，与使用频率的平方成反比。毫米波对等离子体有较好的穿透能力，因此在飞行器重返大气层时，常采用较高的频率进行通信（见电波再入传播）。

参考书目

F.J.Tischer， Basic Theory of Space Communica-tion，Van Nostrand，New York，1965.