NASA 将测试激光通信技术，能以 12Gbps 速度发送数据

IT之家 12 月 4 日消息，从人类开始探索太空以来，NASA 一直都是使用无线电频率系统与宇航员和飞行器通信，但随着数据传输需求越来越大，旧系统已逐渐不堪负荷。对此，美国宇航局（NASA）即将进行的激光通信中继演示（Laser Communications Relay Demonstration）可能会彻底改变该机构与整个太阳系的未来任务进行通信的方式。

据 NASA 称，新的激光通信系统可以带来更多来自太空的高清视频和照片。该任务将于 12 月 5 日从佛罗里达州卡纳维拉尔角作为美国国防部空间测试计划卫星 6 号上的有效载荷发射，发射窗口将在美国东部时间上午 4:04 至 6:04（北京时间 17:04 至 19:04）保持开放。

自 1958 年以来，美国宇航局一直使用无线电波与宇航员和太空任务进行通信。虽然无线电波之前也能完成任务，但太空任务正变得越来越复杂，收集的数据也比以前更多。

激光通信系统将从与地球自转同步的轨道上向地球发送数据，距离地球表面 35,406 公里，数据传输速度为 1.2Gbps，相当于在一分钟内下载一部完整的电影。

这将提高数据传输率，比无线电波快 10 到 100 倍。我们的眼睛看不见的红外激光，其波长比无线电波短，因此它们可以一次传输更多的数据。使用目前的无线电波系统，需要九个星期才能发回一张完整的火星地图，但激光系统可以在九天内完成。

激光通信中继演示是美国宇航局的第一个端到端激光中继系统，它将在太空和位于加州 Table Mountain 和夏威夷哈雷阿卡拉的两个光学地面站之间发送和接收数据。这些站点有望远镜，可以接收来自激光的光线并将其转化为数字数据。与无线电天线不同，激光通信接收器的体积可以缩小到只有 1/44 的体积。因为卫星既可以发送也可以接收数据，所以它是一个真正的双向系统。

对这些地面激光接收器的一个干扰是大气干扰，如云层和湍流，这可以干扰通过我们大气层的激光信号。选择这两个接收器的位置时考虑到了这一点，这两个接收器在高海拔地区，通常有晴朗的天气条件。

一旦系统到达轨道，位于新墨西哥州拉斯克鲁斯的操作中心的团队将启动激光通信中继演示，并向地面站发送数据。该任务预计将用两年时间进行测试和实验，然后开始用于太空任务，包括未来将安装在国际空间站的光学终端，将能够把空间站上的科学实验数据发送到卫星上，卫星将把它们转发回地球。

该演示作为一个中继卫星，还可以帮助减少未来航天器的通信尺寸、重量和功率要求。这意味着未来的任务可以降低发射成本，并有空间容纳更多的科学仪器。

IT之家了解到，目前正在开发的其他可能测试激光通信能力的任务包括猎户座阿特米斯 II 光学通信系统，该系统将允许美国宇航局和阿特米斯宇航员在月球上冒险时进行超高清视频传输。

而 2022 年发射的 Psyche 任务，将于 2026 年到达小行星目的地。该任务将研究一个超过 1.5 亿英里（2.41 亿公里）的金属小行星，并测试其深空光通信激光器，将数据传回地球。

美国试验新型激光通信技术，能让无人机与卫星高速通信

兵工科技（微信ID：binggongkeji）

MQ-9无人机目前使用的卫星通信微波天线，将来如果换成激光通信系统，将极大提高其通信能力

目前的军用远距离无线通信，主要以微波通信为主，虽然技术水平越来越高，应用也十分成熟，但却存在通信带宽难以继续大幅提高，且容易被截获、干扰的缺陷。上世纪末，一种新概念的通信技术开始出现，这就是无线激光通信技术。上世纪90年代起，以美国为首，展开了对该技术的广泛攻关。早期的激光通信试验，受限于激光器件、功率密度等技术基础不足，试验通信距离比较短，仅为几十千米。近年来，随着新型激光器件技术的进步，激光通信技术逐渐从实验室走向现实。2020年2月20日，美国通用原子公司成功测试空对太空激光通信系统，这种被命名为机载激光通信系统（ALCoS）的新式通信系统，有可能掀起军用通信技术的革命。

激光通信的优势

激光通信技术相比传统微波通信技术，究竟有哪些过人之处？首先，与传统微波载波通信相比，激光通信天然具有通信容量大，速率高的优势，对于军用通信而言，目前发展趋势就是带宽更大、容量更高，这对于激光通信而言恰恰是最主要优势。

其次，虽然激光通信在大气层内有容易被云雨、雾霾等吸收耗散，影响通信距离和质量的缺点，但由于激光相比微波方向性好、波束角小得多，因此在对太空通信时，具有通信距离远，能量耗散小的优点，特别适合天基与地球之间的通信。

第三，激光通信系统由于指向性好，发射和接收系统必须对准角度才能进行通信，因此相比微波，更难以被敌人接听和截获，保密性强，同时它也难以被传统电磁辐射所干扰，抗干扰能力强。

总而言之，激光通信技术在高带宽、大数据量传输需求方面提供了最佳解决方案。

美国机载激光通信系统（ALCoS）

通用原子公司本次演示的新型机载激光通信系统（ALCoS），在技术上已经非常成熟和先进，其激光发射通信系统的尺寸、重量和功率，都非常适于安装在大型中空长航时无人机上，而此前的试验性系统，尺寸和重量都过大，根本不可能由MQ-9这种规格的无人机搭载。

机载激光通信系统（ALCoS）具备两个工作光学波段，分别为1064nm和1550nm，其数据承载能力是传统射频通信卫星系统的300倍。

此次新型激光通信系统的试验测试工作，由通用原子公司与TESAT公司合作完成，主要由通用原子公司位于加那利群岛特内里费岛的光学天文台与TESAT卫星激光通信终端LCT135进行闭合连接，成功演示了采集、跟踪以及关闭与LCT135的链接的能力。也就是说，此次测试并未直接将激光通信系统终端安装在无人机上，而是安装在一个底面测试站上进行测试。不过下一步如果测试结果理想，通用原子公司将进一步将激光通信系统安装在无人机上，直接在空中完成与太空中通信卫星的高带宽激光通信。

可以说，本次测试迈出了使飞机具备高宽带通信系统的关键一步，可赋予飞机通信不受对手侦测与干扰的能力。同时，ALCoS打破了当前射频卫星通信技术的数据瓶颈，有利于发展新一代高性能传感器。

未来展望

下一步，通用原子公司计划使用ALCoS激光通信系统在MQ-9“死神”无人机与卫星之间安全传输数据，进而实现低截获率、低检测率的空-天间通信。

我们知道，此前的大型远程无人机，都是通过机头安装的微波卫星天线实现与通信卫星的通信的，但通信带宽较小，能够实时传送的信息很有限，而如果无人机-卫星间激光通信能够成为现实，必将极大增强无人机作为通信中继节点和侦察探测平台的实际信息获取能力，将成为军事通信领域的技术颠覆者。美国在空-天激光通信技术领域的新动向，无疑值得我们借鉴和学习。

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