NASA 将测试激光通信技术，能以 12Gbps 速度发送数据

IT之家 12 月 4 日消息，从人类开始探索太空以来，NASA 一直都是使用无线电频率系统与宇航员和飞行器通信，但随着数据传输需求越来越大，旧系统已逐渐不堪负荷。对此，美国宇航局（NASA）即将进行的激光通信中继演示（Laser Communications Relay Demonstration）可能会彻底改变该机构与整个太阳系的未来任务进行通信的方式。

据 NASA 称，新的激光通信系统可以带来更多来自太空的高清视频和照片。该任务将于 12 月 5 日从佛罗里达州卡纳维拉尔角作为美国国防部空间测试计划卫星 6 号上的有效载荷发射，发射窗口将在美国东部时间上午 4:04 至 6:04（北京时间 17:04 至 19:04）保持开放。

自 1958 年以来，美国宇航局一直使用无线电波与宇航员和太空任务进行通信。虽然无线电波之前也能完成任务，但太空任务正变得越来越复杂，收集的数据也比以前更多。

激光通信系统将从与地球自转同步的轨道上向地球发送数据，距离地球表面 35,406 公里，数据传输速度为 1.2Gbps，相当于在一分钟内下载一部完整的电影。

这将提高数据传输率，比无线电波快 10 到 100 倍。我们的眼睛看不见的红外激光，其波长比无线电波短，因此它们可以一次传输更多的数据。使用目前的无线电波系统，需要九个星期才能发回一张完整的火星地图，但激光系统可以在九天内完成。

激光通信中继演示是美国宇航局的第一个端到端激光中继系统，它将在太空和位于加州 Table Mountain 和夏威夷哈雷阿卡拉的两个光学地面站之间发送和接收数据。这些站点有望远镜，可以接收来自激光的光线并将其转化为数字数据。与无线电天线不同，激光通信接收器的体积可以缩小到只有 1/44 的体积。因为卫星既可以发送也可以接收数据，所以它是一个真正的双向系统。

对这些地面激光接收器的一个干扰是大气干扰，如云层和湍流，这可以干扰通过我们大气层的激光信号。选择这两个接收器的位置时考虑到了这一点，这两个接收器在高海拔地区，通常有晴朗的天气条件。

一旦系统到达轨道，位于新墨西哥州拉斯克鲁斯的操作中心的团队将启动激光通信中继演示，并向地面站发送数据。该任务预计将用两年时间进行测试和实验，然后开始用于太空任务，包括未来将安装在国际空间站的光学终端，将能够把空间站上的科学实验数据发送到卫星上，卫星将把它们转发回地球。

该演示作为一个中继卫星，还可以帮助减少未来航天器的通信尺寸、重量和功率要求。这意味着未来的任务可以降低发射成本，并有空间容纳更多的科学仪器。

IT之家了解到，目前正在开发的其他可能测试激光通信能力的任务包括猎户座阿特米斯 II 光学通信系统，该系统将允许美国宇航局和阿特米斯宇航员在月球上冒险时进行超高清视频传输。

而 2022 年发射的 Psyche 任务，将于 2026 年到达小行星目的地。该任务将研究一个超过 1.5 亿英里（2.41 亿公里）的金属小行星，并测试其深空光通信激光器，将数据传回地球。

杀敌于无形的波武器（一）：可重复使用的高功率微波武器

出品：科普中国

作者：岳江锋

策划：宋雅娟

监制：光明网科普事业部

长期以来，国际上习惯按照一类武器所采用的杀伤物质为其命名，如“化学武器”、“核武器”、“生物武器”。因此，人们也将以无线波束作为杀伤物质的一类武器简称为“波武器”，其中包括微波武器、激光武器和声波武器。作为电子战的重要利器，波武器越来越受到军事上的重视，目前已有多种微波武器在实战中显现出巨大威力。

车载微波武器辐射出高度集中的高功率微波使飞机电子设备失灵（图片来自网络）

什么是高功率微波武器？

微波是指频率为300兆赫兹～300吉赫兹的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波攻击武器作为定向能武器的一种，兼具软硬多种杀伤效应。

与激光武器相比，微波武器的作用距离更远，受气候条件影响更小，且其波束宽得多，攻击时只需确定大概指向，不必精确瞄准，易于火力控制，从而使敌方对抗措施更加困难和复杂化。微波武器辐射出的大功率、宽角度电磁波脉冲（多呈扇形或圆锥形）有大面积杀伤能力，可以充当“盾牌”防御整个集群。另外，由于微波射束具有一定的方向性，可避免对己方电子设备造成毁伤，而非致命微波攻击武器对操作人员完全无害，且易于小型化，安装部署都非常方便。

高功率微波武器特指脉冲峰值功率在100 兆瓦以上（一般大于1吉瓦）的微波武器，以光速传播、瞄准精度要求较低、可同时杀伤多个目标。高功率微波武器可在极短时间内通过高增益天线定向辐射高功率微波，使微波能量聚集在很窄的波束内，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束，以极高的强度照射目标，干扰或损坏目标设备的电子元器件，使其失效或失能。另外，高功率微波武器还能破坏无人机的通信链路，使其机载探测设备及数据传输与处理受到影响，甚至失灵。

可重用高功率微波武器有啥特点？

按照作战使用方式，高功率微波武器可分为两类：一类是一次性使用的高功率微波弹；另一种是可重复使用的（简称“可重用”）高功率微波武器。可重用高功率微波武器与一次性高功率微波武器相比成本要高，这是因为可重用微波武器所需要的能量要大得多。但作为防御性武器，可重用微波武器也具有明显的优势，它能够在战区空间范围内同时对付多枚导弹，并且能保证从多个方向保护防御目标。

这是因为它采用了相控天线阵，其天线波束可以快速重新瞄准目标。因此，与一次性使用的同类型武器相比，可重用微波武器在传输能力、快速性、可控性等方面具有明显的优势。在对重要基础设施（如核电站、水电站、核武器库、大型交通枢纽）等目标进行防御时，可重用毁伤型微波武器的应用是最有效的，也是最经济的。

可重用微波武器装备可以安装在地基/海基、空基和天基各类不同的平台上，例如空间飞行器、无人机、直升机、舰船、坦克及其他运输工具。地基/海基高功率微波武器以车辆、坦克或舰船为平台，目前主要用于近程防御，如反精确制导武器等，未来的发展目标是反卫星；空基高功率微波武器以直升机或无人机为平台，主要用于攻击空中/地面电子信息系统；天基高功率微波武器以卫星为平台，主要用于反卫星或临近空间目标，战略应用价值很高。

可重用高功率微波武器的典型案例

自20 世纪70 年代以来，美国、俄罗斯（苏联）、英国、法国、德国和日本等军事强国相继开展了高功率微波技术研究。进入21 世纪，高功率微波技术开始向军用平台和进攻型武器的方向发展。目前，高功率微波技术已成为国际上的研究热点，其中美国和俄罗斯的研究水平最高。

2014年，俄罗斯无线电电子技术集团（KRET）研制了“克拉苏哈”（Krasukha）系列电子战武器，其包括两个型号：“克拉苏哈”-2和“克拉苏哈”-4系统。前者是一种车载高功率微波干扰系统，主要用于对抗空基雷达，可以在上百千米外对预警机实施干扰。后者是“克拉苏哈”系列最新的电子压制和防护系统，用途更加广泛，能够对抗美国E-8C类战场监视机、“捕食者”无人侦察攻击机、“全球鹰”无人战略侦察机，甚至包括“长曲棍球”系列侦察卫星。两者联合作战使用，可覆盖数百千米的区域，在2014年的乌克兰冲突和2015年的叙利亚战争中表现不俗。

近年来，美国发展了Phaser高功率微波武器，将其安装在车载集装箱上，不仅能够击落无人机及其集群，还能够用于摧毁目标范围内的汽车、坦克、直升机及其他电子设备。另据美国《防务博客》2018年8月报道，美陆军在现已掌握的技术基础上，正发展一种以无人机为运载平台的高功率微波系统，借助这种高功率微波武器，实现“用无人机打无人机”的作战样式。由于搭载微波武器的无人机体积较小，不易被雷达发现，在对抗无人机方面可谓“易守难攻”，在对抗无人机群方面可能带来革命性变化。

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