X射线的发现距今已有125年的历史,它的发现为科学技术的发展与人类社会的进步做出了巨大贡献。作为一种波长极短的电磁波,X射线在空气中的传播距离十分有限。但是大气层以外的空间空气稀薄,是一个天然的高真空环境,使得利用X射线作为载波进行空间无线通信成为可能,这也是近年来激发科研工作者开展空间X射线通信研究的动力所在。航天器再入大气层、超高速飞行器临近空间飞行时,与大气高速摩擦产生致密的等离子体鞘套,阻碍了航天器与地面站之间电磁波的联系。等离子体鞘套的存在严重制约了再入通信、测控技术的进一步发展,并对航天器的自身安全构成了极大的威胁。目前,由于存在理论模型不完善、实验验证技术不够充分等问题,等离子体鞘套内的通信保障尚未获得可行的工程化解决方案。X射线频率高、单光子能量大、衍射极限小,空间X射线通信系统具有理论带宽大、强抗干扰、高度定向的特点,可望实现等离子体鞘套环境下的通信保障。作为一项新的通信技术,X射线通信中的许多学术思想和技术源于成熟的有线和无线光通信技术,但是同时也存在很多新的需要探索的关键科学问题,这正是本论文的选题意义所在。本文面向等离子体鞘套环境的通信需求,针对制约空间X射线通信的核心机理与关键技术难题,通过一组核心理论的建立、一项关键技术的攻关、一套地面演示验证系统的搭建,实现了X射线在等离子体中的传输特性研究,并对理论结果进行了实验验证,具体如下。核心理论方面,X射线是波长很短、频率很高的电磁波,它在等离子体中的传输机理并不明确。前人关于微波在等离子体中传播的理论和实验结果,并不能直接套用到X射线波段,需要针对等离子体鞘套对X射线传输特性的影响,对现有理论模型做出修正与创新。传统的波动理论指出,X射线可以近乎无衰减地穿透等离子体鞘套,这一结果与我们前期研究中所得到的实验结果不符。本文构建了基于粒子碰撞特性的X射线与等离子体相互作用模型,并对传统的波动模型进行了修正,得到的修正模型指出,X射线在等离子体中的透过率与入射X射线流量与等离子体电子密度相关,并且只有当满足一定的入射流量条件下,才能实现高透过率的传输。同时,开展了针对等离子体鞘套传输信道特性的X射线功率传输模型与误差概率模型理论研究,实现了针对等离子体鞘套环境的X射线通信全闭环理论建模。关键技术方面,和其他无线通信系统一样,发射源与探测器的研究至关重要。X射线的调制发射方面,本文进行了基于栅控X射线调制发射源的数字调制技术研究,研制了PPM调制解调、语音编解码及误码检测模块电路,在本实验室的10m真空管道中获得了通信速率大于2Mbps,误码率优于10^-5的X射线通信验证。为X射线通信的调制发射与信号标定提供了有力手段,同时对模拟等离子体鞘套内的X射线通信实验提供了有效的监测方法。X射线的探测接收方面,本文针对等离子体鞘套的特点,根据第二章的研究结果确定了载波X射线的最佳能量范围,设计研制了基于Na I（Tl）闪烁体与光电倍增管的X射线探测系统,并研制了包括跨阻放大电路TIA、恒比定时电路CFD、数字时间转换电路TDC的读出电子学探测系统。实验结果表明,所研制的闪烁体探测器能量响应范围宽（3～100ke V）、探测效率高（大于90%）、定时精度高（优于64ps）,理论上可以满足等离子体鞘套环境下的通信要求。地面演示验证系统方面,基于大动态范围X射线调制发射、微弱X射线实时探测关键技术,结合等离子体模拟装置,搭建了模拟等离子体鞘套环境下的X射线通信演示验证系统,进行了不同能量、不同流量下X射线穿透等离子体的模拟实验,实现了电子密度10⁹～10¹⁴/cm³的动态等离子体环境下,传输速率优于1Mbps、误码率10^-5量级的X射线通信实验验证。实验结果表明,本文所建立的修正理论模型可以对实验现象进行较好的解释,所研制的闪烁体探测器系统可以实现高时间灵敏、高探测效率的信号还原,所搭建的地面模拟实验系统可以对X射线在动态等离子体中的传输特性实现一定的等效验证。本文的理论和实验结果对于X射线通信技术的发展及其在等离子体鞘套环境中的通信应用探索具有一定的参考价值。