激光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢

近日，為了提高美國國家航空航天局（NASA）的空間通信能力，NASA計劃2023年將向空間站發(fā)送一項名為“集成LCRD低地球軌道用戶調(diào)制解調(diào)器和放大器終端（ILLUMA－T）”的技術(shù)演示。ILLUMA－T和2021年12月啟動的激光通信中繼演示（LCRD）將共同完成NASA的第一個雙向端到端激光中繼系統(tǒng)。

激光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢

激光通信系統(tǒng)使用不可見的紅外光，以更高的數(shù)據(jù)傳輸速率發(fā)送和接收信息。原先的無線電頻率系統(tǒng)將完整的火星地圖傳回地球大約需要九個星期，而使用激光則大約需要9天。因此，有了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，任務(wù)可以在一次傳輸中向地球發(fā)送更多的圖像和視頻。一旦安裝在空間站上，ILLUMA－T將展示更高的數(shù)據(jù)傳輸速率對低地球軌道飛行任務(wù)的好處。激光通信為任務(wù)提供了更大的靈活性，以及從太空獲取數(shù)據(jù)的快捷方式。目前，NASA正在近地、月球和深空演示中整合這項技術(shù)。

除了數(shù)據(jù)傳輸速率更快的優(yōu)勢，激光系統(tǒng)也因其更輕的重量及更少的能耗在航天器的設(shè)計中具有關(guān)鍵優(yōu)勢。ILLUMA－T大約有標準冰箱大小，將固定在空間站的外部模塊上，以通過LCRD進行演示。目前，LCRD正在展示地球同步軌道（距離地球22000英里）激光中繼的優(yōu)勢，通過在兩個地面站之間傳輸數(shù)據(jù)并進行實驗來進一步完善NASA的激光能力。一旦ILLUMA－T進入空間站，終端將以每秒1200兆比特的速率向LCRD發(fā)送高分辨率數(shù)據(jù)，包括圖片和視頻。然后，數(shù)據(jù)將從LCRD發(fā)送到夏威夷和加利福尼亞州的地面站。此次這次演示將展示激光通信如何使近地軌道任務(wù)受益。

ILLUMA－T正在作為SpaceX為NASA執(zhí)行的第29次商業(yè)補給服務(wù)任務(wù)的有效載荷進行發(fā)射。在發(fā)射后的前兩周內(nèi)，ILLUMA－T將從龍飛船的后備箱中取出，安裝在空間站的日本實驗?zāi)K暴露設(shè)施（JEM－EF）上。有效載荷安裝完畢后，ILLUMA－T團隊將進行初步測試和在軌檢查。一旦完成，該團隊將向有效載荷的第一束光發(fā)起沖擊——這是一個重要的里程碑，該任務(wù)將通過其光學望遠鏡將第一束激光傳輸?shù)絃CRD。一旦出現(xiàn)第一束光，數(shù)據(jù)傳輸和激光通信實驗將開始且在整個計劃任務(wù)期間持續(xù)進行。

在不同場景下測試激光器

在未來，可操作的激光通信將會成為射頻系統(tǒng)的補充，目前許多太空任務(wù)仍依賴射頻系統(tǒng)來傳送數(shù)據(jù)回地球。雖然ILLUMA－T不是首個在太空中測試激光通信的任務(wù)，但它讓NASA實際應(yīng)用這項技術(shù)的步伐更近一步。

除了LCRD之外，ILLUMA－T的前身還包括：2022 TeraByte InfraRed Delivery系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前正在近地軌道上的小型CubeSat上測試激光通信；月球激光通信演示，在2014年月球大氣和塵埃環(huán)境探索者任務(wù)期間，將數(shù)據(jù)往返于月球軌道和地球之間傳輸；以及2017年Lasercomm Science的光學有效載荷，它展示了與無線電信號相比，激光通信如何能夠加速地球和太空之間的信息流動。

測試激光通信在各種場景下產(chǎn)生更高數(shù)據(jù)傳輸速率的能力將有助于航空航天界進一步完善未來月球、火星和深空任務(wù)的能力。

審核編輯：湯梓紅