國(guó)外空間激光通信技術(shù)發(fā)展分析

空間激光通信是一種利用激光束作為載波在空間進(jìn)行圖像、語(yǔ)音、信號(hào)等信息傳遞的通信方式。與傳統(tǒng)微波通信相比，激光通信具有傳輸速率快、通信容量大、抗電磁干擾性能強(qiáng)、保密性高等優(yōu)點(diǎn)，且其通信終端體積小、功耗低、實(shí)用性極高，引發(fā)各國(guó)研究熱潮。空間激光通信技術(shù)的發(fā)展和突破對(duì)增強(qiáng)空間信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、安全性以及未來(lái)深空探測(cè)意義重大，有望變革未來(lái)空間通信技術(shù)發(fā)展。

一、優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)并存

隨著空間技術(shù)、傳感技術(shù)等的發(fā)展，衛(wèi)星及各種航天器所需的信息傳輸量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，目前空間通信所采用的以微波通信為主的通信手段已難以滿足急劇增長(zhǎng)的通信容量需求�？臻g激光通信具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、較強(qiáng)的電磁抗干擾能力和安全保密性能，且激光通信設(shè)備還具有體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力革新空間通信的顛覆性技術(shù)。

高數(shù)據(jù)傳輸速率�？臻g激光通信的載波頻率范圍為190THz～560THz，約為微波通信頻率的數(shù)千倍乃至數(shù)萬(wàn)倍，具有巨大的寬帶提升空間，可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，使從空間傳回海量視頻和高精度測(cè)量數(shù)據(jù)成為可能，對(duì)于自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、軍事通信等具有重要的戰(zhàn)略意義。

系統(tǒng)終端體積小、質(zhì)量輕、功耗低。相比于微波，激光的波長(zhǎng)要短數(shù)千至上萬(wàn)倍。波長(zhǎng)越短，能量越高，所受的衍射作用越小，激光所需的發(fā)射和接收天線尺寸可以成倍縮小，使得激光通信系統(tǒng)終端的體積、質(zhì)量和功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于微波通信，高度滿足空間應(yīng)用對(duì)有效載荷小型化、輕量化、低功耗的要求。

抗電磁干擾能力強(qiáng)、安全保密性高�？臻g激光通信采用激光作為載波，激光光束極窄，發(fā)散角小于1mrad（毫弧度），亮度和能量密度極高，信息傳遞不易被其他設(shè)備捕獲，且鄰近衛(wèi)星間的通信干擾也可忽略不計(jì)，具有較高的抗電磁干擾能力和安全保密性能。

盡管存在諸多優(yōu)勢(shì)，目前空間激光通信技術(shù)整體而言仍處于研究階段，尚面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，如激光通信較為受制于激光通信終端和探測(cè)器件、大氣湍流、大氣衰減等因素的影響和干擾，空間激光通信所需的地面基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)未完備，空間激光通信高頻帶高寬帶的技術(shù)優(yōu)勢(shì)尚未完全挖掘等。

二、各國(guó)掀起研究熱潮

美國(guó)、歐洲、日本等均在空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究和在軌試驗(yàn)，對(duì)空間激光通信系統(tǒng)所涉及的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)展開了全面深入地研究，不斷推動(dòng)空間激光通信技術(shù)邁向工程實(shí)用化。

（一）美國(guó)NASA加速發(fā)展空間激光通信技術(shù)

美國(guó)早期開展的“激光通信演示系統(tǒng)”（OCD）、“轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（TSAT）等項(xiàng)目研究，為后期技術(shù)發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）尤為重視空間激光通信技術(shù)發(fā)展，并將其作為重要優(yōu)先事項(xiàng)，加速推進(jìn)空間激光通信技術(shù)的發(fā)展和成熟，使近地任務(wù)和深空任務(wù)的空間通信更為高效，以解決未來(lái)空間飛行任務(wù)面臨的海量數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。

“月球激光通信演示驗(yàn)證”項(xiàng)目。美國(guó)NASA于2013年10月成功開展了“月球激光通信演示驗(yàn)證”（LLCD）項(xiàng)目，從月球軌道與多個(gè)地面站分別進(jìn)行了雙向激光通信試驗(yàn)，創(chuàng)造了622兆比特/秒的下行數(shù)據(jù)傳輸速率新記錄，上行數(shù)據(jù)傳輸速率也達(dá)到20兆比特/秒，首次驗(yàn)證了空間激光通信系統(tǒng)的可行性以及系統(tǒng)在空間環(huán)境中的可生存性。