中國地月激光通訊重要突破:成功建立超40萬公里雙向激光鏈路

撰文:吳真銘
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8月26日,中國科學院空間應用工程與技術中心表示,中國地月激光通訊試驗任務取得重要突破,成功在超過40萬公里的地月距離上建立起雙向激光鏈路,首次實現地月雙向高速激光通訊。這標誌着中國空間激光通訊正式從近地軌道邁入地月空間。

地月尺度雙向激光通信示意圖。(科技日報)

據內媒《科技日報》介紹,空間激光通訊是一種利用激光傳輸信息的通訊方式,具有帶寬(頻寬)大、速度快、方向準、保密性好等優勢。但距離越遠,技術挑戰越大。中國科學院空間應用工程與技術中心研究員楊雷稱,「深空激光通訊一直扛着三座大山:距離動輒幾十萬公里,光束極難精準對準;信號傳到地面時已經弱得幾乎收不到;傳輸速度也一直提不上去。」

首先在「瞄準」方面,地月間通訊相當於在40萬公里外,將一束極細的光線精準穿過一個高速運動的「針孔」。為此,科研團隊想出了一套新辦法:綜合考慮衛星軌道、望遠鏡安裝誤差、大氣折射、激光飛行時間等各種因素,讓天上的衛星和地面的望遠鏡在運動中始終對準,確保激光能精準照到預定位置。

中國已成功構建由三顆衛星組成的地月空間三星星座。(科技日報)

在信號問題上,激光跑完40萬公里到達地面時,已經微弱到只剩幾個光子,且月光、星光、城市燈光也會對地面望遠鏡收到的信號造成干擾。團隊用上了能探測單個光子的「超靈敏探測器」,並開發了一套複雜的信號識別算法,從海量噪聲中把有效信號「撈」了出來。

在傳輸速度上,團隊通過技術攻關,大幅提升了數據處理效率。此次試驗初步實現上行1.25Mbps(兆位元每秒)、下行100Mbps的通訊速率。楊雷舉例,「以一幅8K月面高清圖像為例,用傳統5Mbps微波鏈路下傳約需4到5分鐘;換成百Mbps激光通訊後,只要約12秒。」

楊雷表示,目前地月之間的「信息高速路」已經打通,未來將會獲取到更多、更有原創價值的科學數據。相關技術還將為中國載人登月、月球科研站建設和深空探測提供高速信息傳輸的新手段。