國外空間激光通信技術發(fā)展分析

“激光通信中繼演示驗證”項目。美國NASA正在開展的“激光通信中繼演示驗證”（LCRD）項目主要用于驗證激光通信技術的有效性和可靠性等。該系統(tǒng)包括2個地球同步軌道星載激光通信終端和2個地面激光通信終端。NASA計劃于2019年發(fā)射星載激光通信終端至地球同步軌道，開展為期2年的激光通信中繼演示驗證任務。任務中，位于美國加州的地面站將向距地約3.6萬千米的地球同步軌道星載激光通信終端發(fā)射激光信號，隨后地球同步軌道星載激光通信終端將信號中繼到另一個地面站。目前，NASA“激光通信中繼演示”系統(tǒng)已成功通過關鍵決策點評審，進入開發(fā)整合與測試階段。

“深空光學通信”項目�！吧羁展鈱W通信”（DSOC）項目通信距離比“激光通信中繼演示驗證”項目更遠，致力于研究激光通信對于深空任務數據速率、占用空間和功耗的改進作用。“深空光學通信”系統(tǒng)激光通信裝置預計于2023年搭載NASA“普賽克”航天器飛抵一顆由金屬元素組成的小行星，屆時將對激光通信技術進行測試。

“一體化射頻與光學通信”項目。NASA格倫研究中心團隊正在開展“一體化射頻與光學通信”（IROC）概念研究，計劃向火星軌道發(fā)送一顆激光通信中繼衛(wèi)星，用于接收遠距離航天器的數據并將數據中繼至地球。“一體化射頻與光學通信”系統(tǒng)將使用射頻和激光集成通信系統(tǒng)，既可為使用激光通信系統(tǒng)的新型航天器提供服務，也可為使用射頻通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)航天器提供服務，將有效促進NASA所有空間資產間的互操作性。

（二）歐空局重點推進激光通信系統(tǒng)商業(yè)化運營

歐空局（ESA）早期實施的“半導體激光星間鏈路試驗”（SILEX）等項目首次驗證了低地球軌道（LEO）至地球同步軌道（GEO）的星間通信，項目取得的極大成功給了歐空局極大的信心。2008年底，歐空局決定在其“歐洲數據中繼系統(tǒng)”（EDRS）中應用激光通信終端，以促進空間激光通信系統(tǒng)的研發(fā)和實施達到成熟階段，并以商業(yè)模式運營。近年來，“歐洲數據中繼系統(tǒng)”取得了一系列突破性進展，成為世界上首個商業(yè)化運營的高速率空間激光通信系統(tǒng)。

“歐洲數據中繼系統(tǒng)”是由歐空局和空客防務與航天公司在“公私合作伙伴關系”（PPP）機制下共同研發(fā)的世界首個獨立運行的商業(yè)化空間激光通信系統(tǒng)， 其中歐空局負責系統(tǒng)研發(fā)，空客防務與航天公司作為項目主承包商負責系統(tǒng)的建造、發(fā)射和運營�！皻W洲數據中繼系統(tǒng)”通過采用激光通信技術在地球靜止軌道為近地軌道衛(wèi)星、機載平臺向歐洲地面站近實時地中繼傳輸大量數據。“歐洲數據中繼系統(tǒng)” 一期系統(tǒng)的空間段包括兩個地球靜止軌道節(jié)點，分別是EDRS-A數據中繼有效載荷和配置了數據中繼有效載荷的EDRS-C專用衛(wèi)星。

“歐洲數據中繼系統(tǒng)”的首個激光通信中繼載荷EDRS-A已于2016年1月30日成功發(fā)射，邁出了構建全球首個衛(wèi)星激光通信業(yè)務化運行系統(tǒng)的重要一步。EDRS-A可提供激光和Ka波段兩種雙向星間鏈路，星間傳輸速率可達1.8吉比特/秒。在完成一系列在軌測試后，EDRS-A于2016年6月成功傳輸了歐洲“哨兵”1A雷達衛(wèi)星的圖像，并于2016年7月進入業(yè)務運行階段。EDRS-A載荷實現在軌服務，表明歐洲已率先實現星間高速激光通信技術的業(yè)務化應用，是近年來歐洲航天技術快速發(fā)展的一個重要里程碑。

歐空局計劃在2020年擴展成為全球覆蓋系統(tǒng)，形成以激光數據中繼衛(wèi)星與載荷為骨干的天基信息網，實現衛(wèi)星、空中平臺觀測數據的近實時傳輸。EDRS不僅將滿足歐洲航天活動對空間數據傳輸速率、傳輸量和實時性日益增長的需求，更將使歐洲擺脫對非歐地面站的依賴，保持空間通信的戰(zhàn)略獨立性。歐空局認為，美國防部及其無人機機隊將是EDRS未來的主要市場。

（三）日本致力于激光通信終端小型化研究

日本主要采取國際合作的方式進行空間激光通信技術研究，早期開展的“地面軌道間激光通信演示驗證”（GOLD）等項目取得了巨大的成功，實現了世界首次低軌衛(wèi)星與地面站及移動光學地面站之間的激光通信試驗。近年來，為保持空間激光通信技術方面的優(yōu)勢，日本開始向激光通信終端小型化、輕量化、低功耗方向發(fā)展。