中国地月激光通讯重要突破:成功建立超40万公里双向激光链路

撰文: 吴真铭
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8月26日,中国科学院空间应用工程与技术中心表示,中国地月激光通讯试验任务取得重要突破,成功在超过40万公里的地月距离上建立起双向激光链路,首次实现地月双向高速激光通讯。这标志着中国空间激光通讯正式从近地轨道迈入地月空间。

地月尺度双向激光通信示意图。(科技日报)

据陆媒《科技日报》介绍,空间激光通讯是一种利用激光传输信息的通讯方式,具有带宽(频宽)大、速度快、方向准、保密性好等优势。但距离越远,技术挑战越大。中国科学院空间应用工程与技术中心研究员杨雷称,“深空激光通讯一直扛着三座大山:距离动辄几十万公里,光束极难精准对准;信号传到地面时已经弱得几乎收不到;传输速度也一直提不上去。”

首先在“瞄准”方面,地月间通讯相当于在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”。为此,科研团队想出了一套新办法:综合考虑卫星轨道、望远镜安装误差、大气折射、激光飞行时间等各种因素,让天上的卫星和地面的望远镜在运动中始终对准,确保激光能精准照到预定位置。

中国已成功构建由三颗卫星组成的地月空间三星星座。(科技日报)

在信号问题上,激光跑完40万公里到达地面时,已经微弱到只剩几个光子,且月光、星光、城市灯光也会对地面望远镜收到的信号造成干扰。团队用上了能探测单个光子的“超灵敏探测器”,并开发了一套复杂的信号识别算法,从海量噪声中把有效信号“捞”了出来。

在传输速度上,团队通过技术攻关,大幅提升了数据处理效率。此次试验初步实现上行1.25Mbps(兆位元每秒)、下行100Mbps的通讯速率。杨雷举例,“以一幅8K月面高清图像为例,用传统5Mbps微波链路下传约需4到5分钟;换成百Mbps激光通讯后,只要约12秒。”

杨雷表示,目前地月之间的“信息高速路”已经打通,未来将会获取到更多、更有原创价值的科学数据。相关技术还将为中国载人登月、月球科研站建设和深空探测提供高速信息传输的新手段。