近日，我国成功完成超40万公里，地月双向高速激光通信试验。这一重大突破，相当于在地球和月球之间搭建起了一条稳定、高速的太空信息通道，为后续月球和深空探测等任务奠定了通信根基。这套新系统到底有多快？以往从月球轨道上卫星传回一张8K超高清月球全景照片，需要耗时四五分钟，如今仅需12秒就能完成传输，速度提升数十倍。
本次地月双向高速激光通信试验依托环月轨道卫星搭载的通信载荷与地面收发站开展双向激光通信，测得链路上行速率约每秒1.25兆比特，下行速率约每秒100兆比特。
中国科学院空间应用工程与技术中心研究员杨雷介绍，从卫星到地面的速率快，那是因为一般来说卫星上获取了很多科学数据，需要传下来，所以从卫星到地面要求速率快。上行主要传一些遥控指令，这个信息量比较少，所以上行的速度慢。
据介绍，过去从月球轨道上的卫星要传输一幅8K月面高清图像回到地面需要使用微波链路，用时大概4—5分钟，而利用激光通信则仅需约12秒。
除了速度快，激光通信与传统微波通信相比，还具备方向准、保密性好，以及设备轻巧等优点。
杨雷介绍，在卫星上，需要一个通信设备，如果这个通信设备的体积、重量、功耗给定的情况下，激光通信的终端可以比传统微波通信的速率提高10到100倍。
成功解决三大难题 实现激光通信技术突破
深空激光通信领域一直存在几大难题：对准难、信号弱、速率低。为了解决这三大难题，我国科研团队经过5年的技术攻关，将其一一破解。
地月平均距离约38万公里，而这次激光通信试验距离达到40.5万公里。这就好比“万里穿针”，科研人员要在40万公里外，将一束极细的光线精准穿过一个高速运动的“针孔”，难度极大。
杨雷介绍，如果光的发射方向偏三千分之一度，在40万公里之后，就要偏出2公里，所以发射方向的偏差要控制在三千分之一度这个范围之内。
科研团队创新性地提出了适用于超远距离、极微弱信号条件的双向捕获跟踪方案，通过对卫星轨道、望远镜安装、形变误差、大气折射、激光飞行时间等多种因素的计算和系统校准，使空间端与地面端能够在运动中持续保持高精度对准，确保激光能精准照向卫星将要出现的区域。
信号传到地面时已经弱到几乎收不到，传输速度提不上去怎么办？面对这两个问题，科研团队突破了高速超导单光子探测技术和一系列复杂的高灵敏度通信信号处理算法，能够从海量背景噪声中甄别出有效信号。同时，科研团队采用高阶脉冲位置调制和高可靠信号处理方案，在极低信噪比条件下实现高码率数据传输，确保海量探测数据能够以高速度、低误码率地传回地面。
将为我国深空探测研究提供重要技术支撑
无论是月球探测还是更远距离的深空探测，都会有海量数据从探测器上传回地球，供科学家开展研究。这项高速激光通信技术的突破将为未来我国深空探测研究提供重要的技术支撑。
专家称，长期以来，我国在月球或其它行星探测中使用微波通信技术，传输速度相对较慢。在这种情况下，即使拥有再先进的探测器，采集的数据如果不能及时传回地球，将会错过很多宝贵的观测时机，难以开展高效、精准的科学分析。
杨雷表示，科学数据的回传速度，很大程度上决定了获得的原创性科学成果的水平和质量。
为了让探测数据能更快传回地面实验室，中国科学院空间应用工程与技术中心，联合之江实验室研制了DRO-A卫星激光通信试验载荷，并联合云南天文台和上海微系统与信息技术研究所研制建设了地面激光通信系统。在中国科学院A类战略性先导科技专项“地月空间远距离逆行轨道探索研究”的组织实施下，经过5年科研攻关，最终实现这次技术突破。
中国科学院空间应用工程与技术中心副主任王强表示，我们要构建国际月球科研站，在上面开展种类很多的科学实验（试验）。这些科学实验（试验）会产生海量的数据。这些数据怎么样能够传输回我们地球，这项技术的突破对打破这个瓶颈具有非常重要的意义。甚至对于未来人类走向更远的深空，火星、太阳系等，具有更加重要的意义。
转自：央视网
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