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  • 國外空間激光通信技術發展分析

    作者:佚名 來源:網絡 時間:2017-11-21 15:54 閱讀:20477 [投稿]
    空間激光通信是一種利用激光束作為載波在空間進行圖像、語音、信號等信息傳遞的通信方式。

    空間激光通信是一種利用激光束作為載波在空間進行圖像、語音、信號等信息傳遞的通信方式。與傳統微波通信相比,激光通信具有傳輸速率快、通信容量大、抗電磁干擾性能強、保密性高等優點,且其通信終端體積小、功耗低、實用性極高,引發各國研究熱潮?臻g激光通信技術的發展和突破對增強空間信息傳輸的實時性、安全性以及未來深空探測意義重大,有望變革未來空間通信技術發展。

    一、優勢與挑戰并存

    隨著空間技術、傳感技術等的發展,衛星及各種航天器所需的信息傳輸量呈指數級增長,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的通信容量需求?臻g激光通信具有較高的數據傳輸速率、較強的電磁抗干擾能力和安全保密性能,且激光通信設備還具有體積小、重量輕、能耗低等優點,被認為是最有潛力革新空間通信的顛覆性技術。

    高數據傳輸速率?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千倍乃至數萬倍,具有巨大的寬帶提升空間,可實現更高的數據傳輸速率,使從空間傳回海量視頻和高精度測量數據成為可能,對于自然災害監測、軍事通信等具有重要的戰略意義。

    系統終端體積小、質量輕、功耗低。相比于微波,激光的波長要短數千至上萬倍。波長越短,能量越高,所受的衍射作用越小,激光所需的發射和接收天線尺寸可以成倍縮小,使得激光通信系統終端的體積、質量和功率都遠遠優于微波通信,高度滿足空間應用對有效載荷小型化、輕量化、低功耗的要求。

    抗電磁干擾能力強、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備捕獲,且鄰近衛星間的通信干擾也可忽略不計,具有較高的抗電磁干擾能力和安全保密性能。

    盡管存在諸多優勢,目前空間激光通信技術整體而言仍處于研究階段,尚面臨諸多技術挑戰,如激光通信較為受制于激光通信終端和探測器件、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設施遠未完備,空間激光通信高頻帶高寬帶的技術優勢尚未完全挖掘等。

    二、各國掀起研究熱潮

    美國、歐洲、日本等均在空間激光通信技術領域投入巨資進行相關技術研究和在軌試驗,對空間激光通信系統所涉及的各項關鍵技術展開了全面深入地研究,不斷推動空間激光通信技術邁向工程實用化。

    (一)美國NASA加速發展空間激光通信技術

    美國早期開展的“激光通信演示系統”(OCD)、“轉型衛星通信系統”(TSAT)等項目研究,為后期技術發展奠定了良好的技術基礎。近年來,美國國家航空航天局(NASA)尤為重視空間激光通信技術發展,并將其作為重要優先事項,加速推進空間激光通信技術的發展和成熟,使近地任務和深空任務的空間通信更為高效,以解決未來空間飛行任務面臨的海量數據傳輸問題。

    “月球激光通信演示驗證”項目。美國NASA于2013年10月成功開展了“月球激光通信演示驗證”(LLCD)項目,從月球軌道與多個地面站分別進行了雙向激光通信試驗,創造了622兆比特/秒的下行數據傳輸速率新記錄,上行數據傳輸速率也達到20兆比特/秒,首次驗證了空間激光通信系統的可行性以及系統在空間環境中的可生存性。

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