Передача информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения

Введение.  Системы передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения – рентгеновские системы связи (РСС)  обладают рядом преимуществ по сравнению с радио- и оптическими системами связи. Наиболее существенными из них с точки зрения практического использования являются: более высокая скрытность и устойчивость к внешним помехам, а также к перехвату и дешифровке. Актуальна разработка методики расчета основных параметров системы рентгеновской связи  дальности и скорости передачи информации, а также описание конструкции и результатов экспериментальных исследований действующего макета системы рентгеновской связи.

Цель работы. Разработка физико-технических основ систем передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения.

Материалы и методы.  Использована оригинальная методика расчета спектров рентгеновского излучения с учетом коэффициента ослабления в среде распространения.

Результаты.  Предложена технология передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения, включая методику расчета основных параметров: дальности  и скорости передачи, а также  конструкцию действующего макета системы рентгеновской связи. Показана зависимость между этими параметрами и режимами работы рентгеновской трубки. Расчетные и экспериментальные данные совпадают с удовлетворительной для практического использования точностью. На их основании можно ожидать, что при напряжении на рентгеновской трубке 200 кВ и токе трубки 1 А в импульсе длительностью 1 мкс дальность передачи информации на воздухе составит около 250 м. Максимально возможная скорость  передачи  информации  при  использовании  разработанной  рентгеновской  трубки  составит 5 Мбит/с.

Заключение. Результаты аналитической оценки и экспериментальных исследований показали, что дальность и скорость передачи информации РСС определяются исключительно энергетическими возможностями передатчика: напряжением и средним током рентгеновской трубки во время генерирования пакета (серии) импульсов рентгеновского излучения, а также длительностью отдельного импульса рентгеновского излучения. Сделан вывод о том, что дальнейшее развитие РСС обусловлено, в первую очередь, разработкой специализированных источников рентгеновского излучения, генерирующих серии импульсов с минимально возможной длительностью каждого импульса в серии. С учетом специфических особенностей РСС могут составить реальную конкуренцию традиционным радио-  и оптическим системам связи для связи и навигации.

1. Железняков А. А началось все с "Кактуса" // Инновации. 2013. №1 (171). С. 13-17.

2. Герчиков Ф. Л. Управляемое импульсное рентгеновское излучение в приборостроении. М.: Энерго-атомиздат, 1987. 88 с.

3. Mitchell J. W. NASA Set to Demonstrate X-ray Communications in Space // Cutting edge Goddard`s Emerging Technologies. Winter. 2019. Vol. 15, iss. 2. P. 9-10.

4. X-ray communication based simultaneous communication and ranging / Song Shi-Bin, Xu Lu-Ping, Zhang Hua, Gao Na // Chin. Phys. B. 2015. Vol. 24, iss. 9 (094215). doi: 10.1088/1674-1056/24/9/094215

5. Next Generation of Space Wireless Communication Technology Based on X-ray / B. Zhao, C. Wu, L. Sheng, Y. Liu // Acta Photonica Sin. 2013. Vol. 42. P. 801–804. doi: 10.3788/gzxb20134207.0801

6. Emadzadeh A. A., Speyer J. L. Relative navigation between two spacecraft using X-ray pulsars // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2011. Vol. 19, iss. 5. P. 1021–1035. doi: 10.1109/TCST.2010.2068049

7. Development of XNAV algorithm and cycle ambiguity resolution / Q. Li, L. Jianye, Z. Guanglou, X. Zhi,Yuhang Xuebao // J. Astronautics. 2009. Vol. 30, iss. 4. P. 1460–1465.

8. Novel X-ray Communication Based XNAV Augmentation Method Using X-ray Detectors / Shibin Song, Luping Xu, Hua Zhang, Yuanjie Bai // Sensors. 2015. Vol. 15, iss. 9. P. 22325–22342. doi: 10.3390/s150922325

9. Экспериментальная оценка прохождения рентгеновского сигнала в условиях осадков и других условий распространения / В. В. Гребенщиков, М. В. Лобанов, А. Г. Егоров, В. П. Назарук, А. И. Нечаев, Н. Н. Потрахов, Г. А. Тимофеев // VI Всерос. науч.-практ. конф.производителей рентгеновской техники: материалы конф. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2019. С. 65–69.

10. Рентгеновская трубка с фотокатодом / В. Н. Лукьянов, Г. А. Мамаева, О. А. Филиппова, В. М. Фролов, Н. Н. Потрахов // III Всерос. науч.-практ. конф. производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конф. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2016. С. 20–21.

11. Рентгеновская трубка с катодным узлом на базе фотоэлектронного умножителя и перспективы ее применения / Р. В. Кирпиченко, В. Н. Лукьянов, Д. Е. Миронов, О. А. Филиппова, Г. А. Мамаева, Н. Н. Потрахов, Г. А. Тимофеев, А. С. Баклин // IV Всерос. науч.-практ. конф. производителей рентгенов-ской техники. Программа и материалы конференции. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2017. С. 31–34.

12. Артемьев Б. В. Рентгеновская толщинометрия металлов. М.: Машиностроение-1, 2002. 104 с.

13. Потрахов Н. Н., Грязнов А. Ю. Особенности "сверхжесткой" съемки в микрофокусной рентгенодиагностике // Мед. техника. 2005. № 5. С. 14–19.

14. Артемьев Б. В., Буклей А. А. Радиационный контроль. М.: Изд. дом "Спектр", 2011. 192 с.

15. Лейпунский О. И. Гамма-излучение атомного взрыва. М.: Атомиздат, 1959. 154 с.

16. Калинин Б. Д. Исследование рентгеновского излучения и развитие рентгеновского приборостроения в Санкт-Петербурге // Аналитика и контроль. 2020. Т. 24, № 3. С. 201-229. doi: 10.15826/analitika.2020.24.3.005

17. Источник импульсного рентгеновского излучения и способ беспроводной передачи данных на его основе / В. В. Гребенщиков, А. С. Дмитриев, А. И. Нечаев, Н. Н. Потрахов, Г. А. Тимофеев // Физические основы приборостроения. 2020. № 8(4). С. 38–47.

18. Experimental test-bench estimation of xray attenuation of precipitation and other conditions / V. V. Grebenschikov, M. V. Lobanov, A. G. Egorov, V. P. Nazaruk, A. I. Nechaev, N. N. Potrakhov, G. A. Timofeev // AIP Conf. Proc. 2020. Vol. 2250, iss. 1. doi: 10.1063/5.0020836

19. Тимофеев Г. А., Потрахов Н. Н., Нечаев А. И. Экспериментальные исследования рентгеновского канала связи // V Всерос. науч.-практ. конф. производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конференции. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2018. С. 99–105.