基本介紹
- 中文名：空間電子學
- 外文名：Space Electronics
- 定義：空間探測等的電子技術和理論
- 時間：1957年
- 聯繫 ：無線電
- 人物：黃培康等
發展概況,研究內容,學科特點,委員會,相關專家,電子束電聚焦系統,套用方向,
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，建立了多種套用衛星系統。太空飛行器在運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，為此發展了太空飛行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。
空間電子學
空間電子學1964年第一顆靜止通信衛星發射成功，使通信技術進入了一個嶄新的階段。“國際通信衛星”Ⅴ號的總有用頻寬已達2300兆赫，可以轉接雙向話路達12000路。新的時分多址體制將使通信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。在太空飛行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，獲取大量的信息。為了把大量的探測數據傳回地面而發展了高速率衛星數據傳輸系統。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，觀察和拍攝它們的圖像，發回數據，其傳輸速率達100千比特/秒以上，是電子學上遠距離通信的巨大成就。
研究內容
空間電子學主要研究：
①太空飛行器內部的信息處理、存貯和控制技術；
②太空飛行器的電源和穩定技術；
空間電子學
空間電子學③太空飛行器跟蹤、測量、定位、遙測和遙控技術；
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繫的理論和技術:數字通信理論、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。
學科特點
套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、對太空飛行器上電子設備的要求是體積小、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；儘可能地使太空飛行器上電子設備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。太空飛行器上的電子設備受到體積、重量和電源的限制，通信體制選定後，主要依靠地面設備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瞄器和合成孔徑雷達等。隨著套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，雷射測距系統達到數厘米；測速精度達到1厘米/秒；地球靜止衛星姿態控制精度達到0.1度。
4、為了發揮各種套用衛星的作用，空間電子設備應具有高速率和寬頻帶的性能。對地觀測或空間探測所獲得的數據量越來越大，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，空間常用通信頻段的用戶已經十分擁擠，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、空間電子系統廣泛套用計算機和系統工程。遠距離傳輸中的信號設計和變換、信號頻帶的壓縮、衛星遙測和遙感數據的處理、太空飛行器姿態、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，對大數據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，並且多是具有信息反饋的實時控制系統，必須套用控制論和系統工程的原理和方法進行論證和設計。
委員會
空間電子學專業委員會是中國宇航學會下屬的一個分支機構，掛靠在航天科技集團公司五院第五〇四研究所。多年來，本專業委員會在中國宇航學會的領導下，在集團公司、五院、特別是掛靠單位五〇四所的大力支持下，始終堅持正確的政治方向，堅持實事求是的科學態度，堅持發揚學術民主，緊密圍繞本專業領域科技發展趨勢，開展豐富多彩的國內外航天學術交流活動，在為國家航天技術的重大決策提供諮詢、促進航天技術的發展、推廣航天技術在國民經濟各領域的套用、以及促進航天科技人才的成長和提高等方面，發揮了積極作用。
相關專家
人物----黃培康
黃培康，博士生導師，現任中國航天科工集團公司科技委常委，中國航 天二院科技委副主任，國際IEEE高級會員，國際宇航聯地球觀察委員會委員。長期從事目標(含環境)電磁特徵的研究和測量，是中國雷達目標電磁特徵領域的知名專家。 上世紀六十年代末，中國航天(飛彈)之父錢學森就高瞻遠矚地看到了目標識別對中國航天事業發展的重要意義，指出雷達、光電感測器不僅是望遠鏡，還應是顯微鏡，不但要告訴人們目標在什麼地方，還要告訴人們是什麼目標。在錢老的倡導下，從中國科學院力學所、物理所，電子部電波傳播所等處調集了大批科學家，成立了目標識別研究所，隸屬於航天工業部第二研究院。已經在航天領域工作了十多年，基礎很好的黃培康自告奮勇來到這個所。
黃培康
黃培康黃培康這樣定位他所從事的目標特性研究和測量——介於航天科學與航天工程之間。航天科學進行的是基礎研究，航天工程致力於成熟技術的套用研究，在基礎研究與套用研究之間必須有一個橋樑，這就是套用基礎研究。沒有它，科學與技術之間就無法緊密地聯繫，而套用工程就將迷失了方向。作為學科帶頭人，黃培康將該所的研究方向定名為目標與環境特徵，並創立了一整套特有的研究方法與思路。
黃培康認為套用基礎研究的科學家必須具備“頂天立地”的素質，所謂“頂天”，就是要能夠跟蹤科學的前沿，“立地”，就是要致力於解決工程問題，理論不能脫離實際。在學術上，黃培康始終保持與本領域國際水平接軌。1987年，他參加聯合國教科文“地球資源開發與遙感”研討班，致力於解決遙感數據與實際目標物理參數的解譯問題；2001年，他在國際雷達會議上作特邀報告《中國對雷達目標特徵的研究和測量》，在大會上引起很大反響；他作為國際宇航聯地球觀察委員會委員及國際IEEE高級會員經常參加國際學術活動；他還頻頻在國際刊物與英文版中國刊物上發表論文。
在解決工程問題上，黃培康重視“立地”，致力於解決實際問題。他非常重視試驗中出現的誤差與目標特徵的關係問題，在上世紀八十年代某國家重點工程中，他就從目標特徵出發對航天飛行器的某些重大方案作過修改和修正，並最終被總師採納。
電子束電聚焦系統
空間有著無限的財富和能源，空間領域已成為高技術發展的熱點區。隨著航天技術、宇宙科學研究和空間工業的發展，為實現更大規模的空間利用，空間大國都十分重視發展在軌建造技術，以實現對大型空間站等長壽命飛行器的軌道組裝。此外，長壽命航天飛行器在使用過程中，由於隕石和宇宙碎片的碰撞穿孔、太空射線輻射、空間溫度急劇變化以及空間材料本身故障等原因，飛行超過2000晝夜，就需要維修。而隨著飛行器飛行時間的增長和規模的不斷擴大，故障率必然增大，因此空間維修(包括空間焊接和切割)將成為保障航天飛行器可靠而安全使用的必不可少的措施。未來航天飛行器的空間組裝和維修均離不開焊接，可見發展適用於空間環境的焊接技術十分必要。
從國外多年的研究成果看，電子束焊接是空間焊接的理想方法。而該項技術的核心是電子槍的設計問題。美國和前蘇聯均已成功研製出空間手攜式電子束焊槍。而中國國內在這方面的研究尚屬空白。 空間站用手工電子束焊槍與地面用電子束焊槍在原理上沒有區別。電子槍依靠陰極發射電子，電子在陽極與陰極之間的加速電壓作用下被加速，同時在聚束極作用下被匯聚成束從陽極孔通過，通過陽極的電子束又在電荷作用下發散，利用電(或磁)透鏡將電子束匯聚到工件上撞擊工件使金屬熔化實現焊接。
套用方向
空 間 工 業化 的 設 想
為人們 有 可能在軌 道上 和 月 球 上 居 住，將製造、組 裝 和 運送 一公里長的大 型 結 構 到空 間去。這將獲 得 成千倍 的 好處,可提供 空 間套用 的 大型 天 線 及感 測器 陣 設備;為 地球 消 費 而 製造、研 制 和 加 工 材料;為地 面 提供 動力而 建 立起面積 巨 大 的 太陽 陣,並為 空 間“移 民”進 行最 後 的 組裝。
空 間探 索 方 案 的 應 用
使用宇宙 飛 行器將 有 效 地 自動探 測 太 陽、各 行 星及 其 衛 星、獲 得綜合 了 解 太 陽 系 與 地 球關 系 的 資 料，並 發 現 和 提 供 與 宇 宙 中另 外 有 智 慧 的 人 類 通 信 的手段。
用 於全 球服務
有可能 作 出兩周 的天 氣 預 報和 年 度 氣 候 預 報,可 預 報 全 球 農 作物產量 及水利 資 源 的 使 用 率,並 擴大 空 間通 信,以 提供 大 區 域 的、廉價的個 人用戶 通信線 路。從 預 防 災 害性 夭 氣、農業 增 產、改 進 土 地 利 用、生 命 財 產 的 保 護 以 及 個人 消費者 的應 用 中所 獲 得 的總 惠益,按 保 守 的 估 計,每 年 超 過 一百 億美元。在 所有技 術 都 能 提高上 述需 要 的 新 能力 時,電 子 學 在 近 期 空 間 應 用 中將起 主 導 作用。它 不 僅 能 大 大 提 高 空 間系 統 的 自 動 化 和 標準化,也使 運用 費降 到 最低 限 度;大 量增 加 空 間系統 的 數據 量和分 辨率,以 提供 更 詳 細 的 全 球 覆 蓋;同 時 亦將 使簡 化 數據 和分 配 的 費 用 不斷 下 降,最 大 限 度 地增 加 用 戶存 取 和 使 用。
