核島

[拼音]:kongjian dianzixue

[英文]:space electronics

為航天工程、空間探測和各種應用衛星系統服務的電子技術和理論。航天器和航天地面設施中都需要大量的電子裝置。航天器在遙遠的宇宙空間飛行,與地球的聯絡主要依靠無線電,空間和地面的裝置通過無線電波聯合成一個整體。因此空間電子學是包括空間和地面以及電波傳播過程在內的電子技術和理論。

發展概況

1957年世界上第一顆人造地球衛星上天,就利用了無線電跟蹤和無線電遙測系統(見航天測控系統、無線電跟蹤測量系統、遙測技術)。60年代發射了各種科學衛星和載人飛船,建立了多種應用衛星系統。航天器在執行中須保持特定的軌道和姿態,必要時還須進行某種機動或調整,為此發展了航天器的姿態和軌道控制技術,其中無線電測控系統和地面無線電跟蹤測量系統就成為十分重要的手段。

1964年第一顆靜止通訊衛星發射成功,使通訊技術進入了一個嶄新的階段。“國際通訊衛星”Ⅴ號的總有用頻寬已達2300兆赫,可以轉接雙向話路達12000 路。新的分時多重進接體制將使通訊達到更高的效率和速度。廣播衛星正在發展,直播Ku波段的彩色電視可以用 1米以下直徑的天線獲得滿意的效果。衛星教育系統、衛星會議系統、衛星郵政系統、衛星救援系統也正在迅速興起。在航天器上安裝高解析度的光學和電子遙感儀器,可以探測地球大氣、陸地和海洋,獲取大量的資訊。為了把大量的探測資料傳回地面而發展了高速率衛星資料傳輸系統。深空探測是航天技術的一項重要成就,它推動了空間電子學的進一步發展。70年代末期發射的空間探測器,經過幾億至十幾億公里歷時數年的飛行,接近木星和土星,觀察和拍攝它們的影象,發回資料,其傳輸速率達100千位元/秒以上,是電子學上遠距離通訊的巨大成就。

空間電子學的研究內容

空間電子學主要研究:

(1)航天器內部的資訊處理、存貯和控制技術;

(2)航天器的電源和穩定技術;

(3)航天器跟蹤、測量、定位、遙測和遙控技術;

(4)衛星通訊和廣播技術;

(5)空間探測和遙感技術、遠距離大資料量的訊號傳輸技術、遙感影象的處理和識別技術;

(6)利用衛星對運動物體的無線電定位技術。此外,還有與這些電子技術相聯絡的理論和技術:數字通訊理論、自動控制理論、電波天線理論、抗干擾理論和技術、遙感處理技術和理論、微電子技術等。

空間電子學的特點

應用於航天系統的空間電子學具有一些區別於其他方面電子技術的特點。

(1)對航天器上電子裝置的要求是體積小、重量輕、功耗小(效率高)、可靠性高以及抗極端環境條件的能力強。對於載人航天,可靠性要求就更高。保證可靠性的主要措施包括:提高電子元、器件本身的可靠性;在電子系統設計中採用容錯技術;在設計上避免將電子元、器件在臨界負荷狀態時使用;儘可能地使航天器上電子裝置在最佳的環境條件下工作。

(2)空間電子系統的地面部分要有很高的接收靈敏度、很大的發射功率和較大的接收或發射天線。在航天技術中,作用距離是突出的問題。對於1000多公里的中高度衛星,作用距離須達到4000公里,對於靜止衛星須達到4萬公里以上,對於到達金星的空間探測器須達到4000萬公里;對於到達木星的空間探測器則須達到6億公里。航天器上的電子裝置受到體積、重量和電源的限制,通訊體制選定後,主要依靠地面裝置來解決作用距離的問題。

(3)空間探測和跟蹤要求有極高的解析度和精度。隨著對地觀測衛星的發展,要求探測的分辨能力和層次的鑑別能力不斷提高。例如對於地球資源衛星和海洋監視衛星來說,要求從800~1000公里的高度分辨出幾十米或更小的地面目標。獲得成功的衛星遙感器有多光譜掃描器和合成孔徑雷達等。隨著應用衛星定位和姿態控制精度和實時性要求的提高,對測控系統測量的解析度和精度要求也不斷提高。測角精度已能夠達到0.05密位;無線電系統測距解析度達到1米以內,鐳射測距系統達到數釐米;測速精度達到1釐米/秒;地球靜止衛星姿態控制精度達到0.1度。

(4)為了發揮各種應用衛星的作用,空間電子裝置應具有高速率和寬頻帶的效能。對地觀測或空間探測所獲得的資料量越來越大,需要在一定的時間內傳送給地面接收站,這就要求有高速率和寬頻帶的無線電傳輸系統,促使空間電子學向更高頻段發展。提高頻率可以大幅度地提高整個系統的傳輸頻寬。同時,空間常用通訊頻段的使用者已經十分擁擠,有必要開闢新的頻段,例如Ku波段(12.5~18吉赫)、K和Ka波段(20~40吉赫)。

(5)空間電子系統廣泛應用計算機和系統工程。遠距離傳輸中的訊號設計和變換、訊號頻帶的壓縮、衛星遙測和遙感資料的處理、航天器姿態、軌道、機動和工作狀態的控制都需採用計算機,在許多情況下甚至非計算機不可(例如對衛星姿態的實時控制,對大資料量資料的快速處理等)。空間電子系統由地面到空間,複雜而龐大,並且多是具有資訊反饋的實時控制系統,必須應用控制論和系統工程的原理和方法進行論證和設計。