¿Cómo será el transmisor de comunicaciones por rayos X (XCOM)?

El artículo de noticias de la NASA El NavCube de la NASA podría respaldar una demostración de comunicaciones de rayos X en el espacio: una NASA Primero menciona el uso potencial de las longitudes de onda de rayos X para mejorar el rango de comunicaciones en el espacio profundo. Hasta ahora, la única ventaja que puedo ver sobre las comunicaciones ópticas es la longitud de onda más corta, lo que significa potencialmente menos divergencia para una apertura determinada.

Por ejemplo, utilizando números redondos, un fotón de 1 eV tiene una longitud de onda de aproximadamente 1 micra. Transmitiendo a la Tierra con una apertura de 10 cm, el ángulo de divergencia sería entonces 1E-05 radianes (alrededor de 2 segundos de arco), pero el uso de eso requiere:

  • Óptica de difracción limitada
  • Tamaño de fuente limitado por difracción (p. ej., láser semiconductor de fibra óptica)
  • Abertura bien llena
  • Alineación mecánica dentro del sistema con precisión micrométrica
  • Precisión y estabilidad de apuntamiento del haz a segundos de arco de un solo dígito

Todos estos son ciertamente factibles. Se podría realizar un control preciso de la orientación del haz, por ejemplo, con un dispositivo de seguimiento MEMS accionado en el plano focal, pero el bloqueo y seguimiento de una baliza óptica sería difícil debido a los importantes retrasos ópticos. Supongamos que esto se resuelve de alguna manera, tal vez rastreando estrellas incidentales a través del mismo camino óptico (fuera del eje).

Para energías de rayos X de, por ejemplo, 100 eV, 1 keV y 10 keV, las longitudes de onda son del orden de 100, 10 y 1 ångström. Para aprovecharlos, parece que muchos, si no todos, los elementos anteriores tendrían que ser entre 100 y 10 000 veces mejores que el sistema óptico.

Pregunta: ¿Hay alguna investigación, o incluso especulación, sobre cómo sería un transmisor de rayos X en el espacio profundo? ¿O la ventaja de los rayos X para el espacio profundo no está realmente relacionada con la óptica de difracción limitada?

Actualización: incluso un prototipo funcionará, no tiene que ser un transmisor con capacidad de lectura para el espacio profundo en horario de máxima audiencia.

Una limitación que se me ocurre es que muchos objetos celestes emiten rayos X, por lo que esto podría dificultar la recepción de una señal específica de rayos X. Además, los rayos X tienen entre 16 y 19 órdenes de magnitud de frecuencia. Comúnmente usamos la banda X y la banda S para el espacio profundo y las bandas C/K/Ka para los vehículos que orbitan la Tierra: la frecuencia más alta aquí es la banda Ka que llega hasta los 26 GHz (IIRC). Cuanto mayor sea la frecuencia, más potencia se necesita para generar la señal. Esta es una preocupación tal que la gran mayoría de las naves espaciales utilizan una frecuencia más baja para el enlace descendente que para el enlace ascendente.
@ChrisR, ¿es eso cierto para la comunicación en el espacio profundo? Por ejemplo, los Voyagers ahora solo se conectan a la Tierra a través de la banda X (~8,4 GHz) y reciben enlaces ascendentes desde la Tierra a través de la banda S (~2,4 GHz). Esto se debe a que la antena parabólica de alta ganancia tiene una ganancia de +48 dBi para la banda X, pero solo +36 dBi para la banda S. Después de que se alejaron mucho de la Tierra, detuvieron el enlace descendente de banda S. Y eso se debe al mismo efecto de difracción discutido en la pregunta. Para la misma fuerza de señal en la tierra, la frecuencia más alta requeriría menos potencia, no más .
@ChrisR también hay muchas interferencias de fuentes astronómicas en RF y frecuencias ópticas: compruébelo cuantitativamente. Dado que los fotones de rayos X tienen una frecuencia mucho más alta, los problemas relacionados con el límite de ruido térmico del front-end son muy diferentes a los de un front-end de RF.
Construir una antena parabólica de rayos X con un ancho de haz muy bajo es un problema de la óptica utilizada. No es posible usar lentes y solo se pueden usar espejos si el ángulo desde el plano de reflexión es muy bajo. La modulación de una radiografía con datos de gran ancho de banda es otro problema.
Aquí hay un cubesat equipado con un detector de rayos X (con fotos) directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/… , no es exactamente un transceptor pero aún así. Además, quienquiera que haya creado el logotipo del proyecto XCOM de la NASA parece haberse inspirado en gran medida en el logotipo del videojuego XCOM, lo cual es divertidísimo.
@Dragongeek muy bueno, pero me está tomando un tiempo comprender los detalles del ADCS; Creo que se está gestando una pregunta... También en la parte superior dice "... y un panel solar articulado". lo que me recordó a ¿Una proporción significativa de cubesats (o alguno) tiene paneles solares/velas articuladas que pueden apuntar al Sol? No sé si solo quieren decir que la matriz se abre cuando se corta el filamento, o si realmente se articula. Dado que el eje de balanceo apunta hacia el Sol, no puedo imaginar por qué...
@ChrisR, Re, "Cuanto mayor sea la frecuencia, más potencia se necesita para generar la señal". Eso podría ser cierto para la tecnología específica que usamos para generar señales de microondas, pero el concepto de "frecuencia" básicamente no tiene sentido para los rayos X. Los rayos X serían generados por alguna otra tecnología, y tendrían sus propias reglas de diseño diferentes.

Respuestas (2)

Se necesitaría algo diferente a un tubo de rayos X.

  • La eficiencia de los tubos de rayos X es muy baja, alrededor del 1 % o menos.

  • El rango de frecuencia de los rayos X emitidos es muy amplio.

  • El ancho del haz es muy pobre.

  • La modulación de pulso es lenta, alrededor de un milisegundo.

Ciertamente hay láseres de rayos X y, más recientemente, onduladores de electrones o incluso mejores. También me centraría en el dominio del tiempo; recibir 10 pulsos en un segundo podría ser ruido, pero si todos llegaron en 1 milisegundo, seguidos de 999 milisegundos de silencio, entonces esa es una señal clara, por ejemplo.
Pero, ¿existe un láser de rayos X compacto y liviano o una fuente de radiación de sincrotrón?
¡Mi pregunta publicada no es fácil!
He agregado algunos enlaces debajo de la pregunta, eche un vistazo.

No estoy seguro de cómo se ve la 'antena' para un sistema de comunicaciones de rayos X (si tuviera que adivinar, probablemente una pantalla de área grande + detector PMT como el de los sistemas de retrodispersión), pero el Miniaturized High-Speed ​​de la NASA La fuente de rayos X modulada (MXS) podría ser lo que hay en la ISS.

¡En lugar de obtener sus electrones de la emisión termoiónica, utiliza un fotocátodo iluminado por un LED rápido que hace la modulación real y un multiplicador de electrones!

La tecnología

El MXS produce electrones al hacer brillar la luz ultravioleta de un LED sobre un material de fotocátodo como el magnesio. Luego, los electrones se aceleran en varios kV y en un material objetivo elegido; la desaceleración produce rayos X característicos del objetivo. El MXS utiliza un multiplicador de electrones para lograr una alta eficiencia en la producción de rayos X.

Descargue una hoja informativa en PDF para esta tecnología.

HIGO. 1: Las fuentes de rayos X convencionales utilizan un filamento calentado con transiciones de encendido/apagado de varios segundos.

HIGO. 2: El MXS usa fotoelectrones para variar la salida de rayos X en escalas de tiempo de nanosegundos.

HIGO. 1: Las fuentes de rayos X convencionales utilizan un filamento calentado con transiciones de encendido/apagado de varios segundos. HIGO. 2: El MXS usa fotoelectrones para variar la salida de rayos X en escalas de tiempo de nanosegundos.

"No estoy seguro de cómo se ve la 'antena' para un sistema de comunicaciones de rayos X..." ¡Creo que se vería mucho mejor ! :-)
Las imágenes médicas de rayos X utilizan tiempos de exposición mucho más cortos, menos de 100 ms, < 50 ms, < 20 ms. Varios segundos provocarían una calidad de imagen muy baja.
Me pregunto si esto también puede ser una respuesta al voltaje de CC más alto jamás producido intencionalmente en el espacio. En casos como este, se publicarán varias respuestas (no se puede esperar que una sola persona conozca todos los voltajes en el espacio) y creo que se deben mencionar 10 kV, incluso si no podemos estar 1000% seguros de que ese es el voltaje exacto utilizado en la ISS.
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