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【科技前沿】

星地海量數(shù)據(jù)傳輸有了新選擇——激光！中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)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(tǒng)與長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司所屬吉林一號(hào)MF02A04星開展了星地激光通信試驗(yàn)，通信速率達(dá)到10Gbps（每秒10G比特），所獲取的衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，可滿足高標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用需求。本次試驗(yàn)標(biāo)志著我國已成功實(shí)現(xiàn)星地激光高速通信的工程應(yīng)用，星地通信速率由Gbps邁入10Gbps時(shí)代。

空間探索和科學(xué)的發(fā)展對(duì)星地?cái)?shù)據(jù)傳輸提出了更高要求，但傳統(tǒng)的微波頻段資源有限?？仗煸杭す獾孛嫦到y(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人李亞林高級(jí)工程師介紹，微波常用的X頻段僅有375兆赫，近年來開始應(yīng)用的Ka頻段也只有1.5吉赫，難以滿足星地海量數(shù)據(jù)傳輸需求。與微波相比，激光頻譜資源極其豐富，帶寬可達(dá)數(shù)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(xiàn)有的微波通信速率高出1~2個(gè)量級(jí)，也就是高出十倍，甚至近千倍。”

同時(shí)，激光通信設(shè)備也能讓衛(wèi)星“瘦身”——由于激光的發(fā)散角很小，能量高度集中，這樣激光地面系統(tǒng)接收到的功率密度高，所以衛(wèi)星能夠“輕裝上陣”，以遠(yuǎn)小于微波通信載荷的體積、重量和功耗實(shí)現(xiàn)超高速率的通信。此外，激光具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，用激光作為載波進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)射與接收，還能夠顯著提高星地通信的安全性。

吉林一號(hào)MF02A04星總設(shè)計(jì)師陳善搏介紹，在這次試驗(yàn)中，長光衛(wèi)星突破了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)滿足了激光與衛(wèi)星對(duì)接的精準(zhǔn)度及穩(wěn)定度要求，確保了試驗(yàn)順利下傳的圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

今年6月15日成功發(fā)射的吉林一號(hào)平臺(tái)02A系列衛(wèi)星也搭載了新一代激光通信載荷，其硬件可實(shí)現(xiàn)40Gbps的下傳速率，將用于在軌試驗(yàn)星地及星間更高速的通信技術(shù)。

“星地激光通信試驗(yàn)的成功將大大提高遙感信息服務(wù)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和效率。下一步，長光衛(wèi)星將聯(lián)合項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，開展星地激光通信常態(tài)化、業(yè)務(wù)化試運(yùn)行，為這項(xiàng)技術(shù)的全面應(yīng)用做好準(zhǔn)備?！遍L光衛(wèi)星星載激光通信技術(shù)負(fù)責(zé)人邢斯瑞說。

空天院聯(lián)合中國科學(xué)院光電所、北京融為科技有限公司，先后突破多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了在非穩(wěn)態(tài)信道下的星地激光高速、高可靠通信。中國科學(xué)院院士、空天院院長吳一戎說，遙感衛(wèi)星探測(cè)獲取的海量數(shù)據(jù)無法及時(shí)落地，已經(jīng)成為阻礙我國衛(wèi)星效能發(fā)揮的瓶頸問題。他建議，在充分利用現(xiàn)有微波地面站的基礎(chǔ)上，積極布局國家衛(wèi)星激光通信地面站網(wǎng)，“激光+微波”組合運(yùn)行，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展和社會(huì)公共需求提供更好的技術(shù)支撐和服務(wù)。

（光明日?qǐng)?bào)記者 齊芳 任爽 光明日?qǐng)?bào)見習(xí)記者 李層）

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