我國實現星地激光高速通信工程應用

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【科技前沿】

星地海量數據傳輸有了新選擇——激光！中國科學院空天信息創新研究院（空天院）近日利用自主研制成功的500毫米口徑激光通信地面系統與長光衛星技術股份有限公司所屬吉林一號MF02A04星開展了星地激光通信試驗，通信速率達到10Gbps（每秒10G比特），所獲取的衛星載荷數據質量良好，可滿足高標準業務化應用需求。本次試驗標志著我國已成功實現星地激光高速通信的工程應用，星地通信速率由Gbps邁入10Gbps時代。

空間探索和科學的發展對星地數據傳輸提出了更高要求，但傳統的微波頻段資源有限。空天院激光地面系統技術負責人李亞林高級工程師介紹，微波常用的X頻段僅有375兆赫，近年來開始應用的Ka頻段也只有1.5吉赫，難以滿足星地海量數據傳輸需求。與微波相比，激光頻譜資源極其豐富，帶寬可達數百吉赫。“如果將頻段比作道路，那么X頻段是單車道，Ka頻段是四車道，而激光可容納成百甚至上千車道。利用激光通信每秒可傳輸1部高清電影，相較于現有的微波通信速率高出1~2個量級，也就是高出十倍，甚至近千倍。”

同時，激光通信設備也能讓衛星“瘦身”——由于激光的發散角很小，能量高度集中，這樣激光地面系統接收到的功率密度高，所以衛星能夠“輕裝上陣”，以遠小于微波通信載荷的體積、重量和功耗實現超高速率的通信。此外，激光具有很強的抗電磁干擾能力，用激光作為載波進行數據的發射與接收，還能夠顯著提高星地通信的安全性。

吉林一號MF02A04星總設計師陳善搏介紹，在這次試驗中，長光衛星突破了一系列關鍵核心技術，高標準滿足了激光與衛星對接的精準度及穩定度要求，確保了試驗順利下傳的圖像數據質量良好。

今年6月15日成功發射的吉林一號平臺02A系列衛星也搭載了新一代激光通信載荷，其硬件可實現40Gbps的下傳速率，將用于在軌試驗星地及星間更高速的通信技術。

“星地激光通信試驗的成功將大大提高遙感信息服務業務的質量和效率。下一步，長光衛星將聯合項目團隊，開展星地激光通信常態化、業務化試運行，為這項技術的全面應用做好準備。”長光衛星星載激光通信技術負責人邢斯瑞說。

空天院聯合中國科學院光電所、北京融為科技有限公司，先后突破多項技術瓶頸，實現了在非穩態信道下的星地激光高速、高可靠通信。中國科學院院士、空天院院長吳一戎說，遙感衛星探測獲取的海量數據無法及時落地，已經成為阻礙我國衛星效能發揮的瓶頸問題。他建議，在充分利用現有微波地面站的基礎上，積極布局國家衛星激光通信地面站網，“激光+微波”組合運行，為我國經濟社會高質量發展和社會公共需求提供更好的技術支撐和服務。

（光明日報記者 齊芳 任爽 見習記者 李層）

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