打造国际学术交流殿堂 助推空间激光技术进步

——首届空间激光技术与应用国际大会现场扫描

□ 本报记者 贺喜梅 张晓帆

200多位科学家、工程师、学者、项目管理人员和政策制定者，来自中国、美国、加拿大、日本、英国、荷兰、意大利、中国香港等8个国家和地区，围绕“聚焦空间激光技术，助力宇宙精准探索”话题，展开了一场无国界的学术交流……

11月26日，北京北三环的友谊宾馆里迎来了一场国际学术盛宴。这一天，在国家航天局、中国航天科技集团有限公司的大力支持下，由北京遥测技术研究所主办、珠海欧比特宇航科技股份有限公司和意大利CNISM研究中心协办的“首届空间激光技术与应用国际大会”正式开幕。

世界级科学家聚首北京话激光

作为气象探测、通信的最佳手段，激光技术有着其他技术手段无法企及的优势。随着经济全球化及信息全球化进程的加快，一带一路、泛第三极、数字地球、大气和空间环境监测等领域对激光技术的需求日益旺盛，给空间激光技术与应用带来了极大的机遇与挑战。

“空间激光技术与应用是推动空间科技创新发展的重要战略新兴技术，在微弱信号探测、激光通信APT技术等方面仍存在着世界公认的难题与挑战。空间激光技术领域的同仁们应携起手来，共同推动激光探测与通信技术创新。”国家航天局系统一司副司长赵坚在大会开幕式上说。为此，经过两年筹划，一场以学术报告为契机带动空间激光技术进步与国际合作的大型国际会议今日正式登场。

“我们未来的星间信息系统离不开激光技术，我们未来的遥感系统也离不开激光技术，激光技术在未来的空间领域大有作为。”航天科技集团科技委主任、首届空间激光技术与应用国际大会主席包为民表示：“航天科技集团非常重视此次会议，希望它成为一个展示各国研究成果、开展思想碰撞、拓展国际视野的学术交流平台。”

本届大会的议题主要聚焦两个方面：空间激光遥感和空间激光通信。会议为期两天，特设一个主会场和四个分会场。其中，主会场特邀大会报告11场；分会场分别针对空间激光载荷技术、空间激光大气/海洋遥感技术、空间激光对地观测技术与深空星体探测应用以及空间激光通信与测控四个专题，特邀分会场报告26场。

“我们希望通过本次大会进一步促进空间激光技术的深入发展，开拓空间激光技术的应用领域，加强空间激光技术的国际合作，提升我国空间激光技术研究水平。”北京遥测技术研究所所长李凉海说。

无论是从参会专家、报告内容还是组委会构成来说，此次会议都充分体现出高水平、国际化的特点。11场特邀大会报告中有7场为国外专家报告。作为大会共主席，R.Michael Hardesty教授既是美国环境科学研究协作研究所的高级研究科学家、副所长，又是美国星载测风激光雷达工作组的主席。开幕式上，他以“美国星载测风激光雷达的进展”为主题作大会开篇报告。日本空间激光雷达测量全球大气环境可行性研究委员会主席小林喬郎也受邀作专题报告。

“在邀请专家时，我们遵循两个原则：一是目前国际上激光技术领域知名度非常高的专家，二是国际上依然在激光技术领域从事一线科研工作的科学家。”北京遥测技术研究所激光遥感技术研究室主任、大会学术委员会委员赵一鸣介绍，国内外专家对大会的响应度非常高，“很多顶尖专家提前一年就预留出了参会时间，有的外国专家百忙之中专门挤时间赶来参会，今天凌晨四点飞机到，明天下午三点就飞走了……”

本次大会议题多元化，涉及范围广。在场的外国专家纷纷表示，中国激光雷达技术目前的发展水平令他们感到吃惊。当前，激光技术行业发展迅速，他们希望借助本次会议的桥梁作用，与中国在空间技术方面加强合作，促进激光技术取得突破性进展。

国际化合作迎激光发展春天

大会学术委员会副主任吴伟仁院士表示，本届大会为世界空间激光技术创新发展及应用提供一个开放的学术交流平台，是促进国际激光技术合作的重要契机，希望后续在空间激光领域广泛开展国际合作，为激光技术发展迎来一个新的春天，助力我国航天强国建设。

随着激光技术的不断进步，空间激光技术在气象、环境、遥感、测绘、空间及光电工程等领域的应用越来越广泛。在气象观测领域，未来十年我国将发射陆地生态系统碳监测卫星、大气环境监测卫星、降水量测量雷达卫星和静止轨道微波探测卫星等与气象相关的卫星。其中，陆地生态系统碳监测卫星和大气环境检测卫星是《民用空间基础设施中长期发展规划》中的首批科研星，均搭载有激光遥感载荷。

“激光雷达卫星在我国乃至全世界都是比较新兴的发展方向，我国激光雷达技术的发展一直紧跟时代步伐，与世界保持同步。我们希望通过本次世界级学术交流会议，与世界上更多的国家建立国际性合作，加速我国激光技术的发展和技术水平的提高。”航天科技集团五院研究员、卫星总体专家曹海翊说。

“激光雷达技术的应用在世界各国已非常成熟，但将激光雷达技术应用于卫星上具有空前的挑战性。因此，激光雷达技术世界范围领域内的合作具有很强的必要性。随着激光技术的发展，我国激光平台技术不仅会遥遥领先，激光载荷也会逐步改善赶超世界水平。”意大利国家研究委员会终身研究员王宣说。

李凉海介绍，在大会的推动下，北京遥测技术研究所已与意大利、荷兰建立了合作关系，与日本也进行了合作探讨。“这次是大型交流会，后续我们还将开展小型闭门会议，请这些专家来做专门的规划研讨与咨询。”

“唯其艰难，方显勇毅。中国国家航天局愿意与各国专家学者一同推进激光技术在空间探测、空间通信等应用领域的国际交流与合作，促进空间激光技术的创新发展。不仅在激光仪器研制方面加强合作，更重要的是在数据应用与开发上进一步加强合作。”赵坚说，“中国国家航天局将制定相应数据政策，为全世界科学工作者使用。”

“本着国际合作与科技创新理念，航天科技集团愿与全球合作伙伴携手，进一步深化合作、紧密协同，不断拓展合作领域、提高合作水平，构筑互利共赢合作关系，促进世界经济和贸易繁荣。”航天科技集团宇航部副部长李东说。

作为本次会议的主办方，北京遥测技术研究所有一支年轻有活力的空间激光技术与应用研究团队，在产、学、研方面取得了一系列研究成果。在大气观测领域，他们7年多以来在全国10多个站点完成了地基/车载/机载激光雷达大气云—气溶胶、风场的长期应用观测，积累了丰富的大气观测数据，并已在气象卫星定标、环境污染监测方面实现应用；在植被、海洋探测领域，他们的机载植被及海洋探测激光雷达也已完成了多个架次的挂飞试验验证和应用测量。这些试验验证和应用观测有力支撑了我国空间激光载荷的研究和开发。

目前，该所正承担着我国首颗星载大气激光遥感卫星——陆地生态碳监测卫星主载荷多波束激光雷达的研制。该多波束激光雷达整体性能达到国际先进水平，以多波束发射、共望远镜多视场同时探测的方式实现多波束植被高度探测；采用高能量、高稳定激光发射技术、光学窄带接收技术等手段实现大气气溶胶的定量探测；利用0°视场相机获得多个可见光波段的地表高分辨图像。

此外，北京遥测技术研究所还同时承担了我国“十三五”末期将构建完成气溶胶、云、风、海洋环境探测激光雷达等激光气象载荷的主要型谱产品，力争2023年前实现激光气象载荷的在轨应用。

什么是激光通信激光通信主要分为哪几类

激光，是利用单色光进行受激辐射后产生的光，特点是方向性强、亮度高、单色性好、相干性强。

激光和微波一样都属于电磁波，但频率比微波要高几个数量级。

激光通信，顾名思义就是利用激光来传递数据，基本原理是将信号调制到激光的频率、振幅或者相位上面，然后进行传输。

根据传输介质的不同，激光主要分为三类：光纤通信，激光大气通信，自由空间激光通信。 在激光通信的早期，激光大气通信技术吸引了发达国家投入大量人力物力进行研发。 但由于大气信道衰减补偿、大气信道折射率不均匀变化、器件和材料不过关、难以精确对接等技术难题，激光大气通信没有进入大规模商用。 目前应用最广泛的是光纤通信，另外两种通信方式也在近些年再度受到各技术强国的重视，取得了很大进展。

光纤通信

20世纪60年代，高锟和G.A.Hockham经过仔细论证，提出了基于光纤的远距离通信方案。几年后光纤的衰减达到了高锟的要求，光纤传输成为现实。1975年，美国在芝加哥开通了第一条光纤通信实验线路，光纤通信时代正式开启。

光纤通信

光纤的导光原理 利用光的全反射，将激光导入光纤进行传输，就是光纤通信的基本原理。 跟电缆传输比较，光纤通信有很多优势，比如超大的通信容量（单根光纤已经达到100Tbps），原料为石英（节省金属），绝缘抗干扰防窃听（在光纤内部传输）。

光纤通信

光纤入户 20世纪80年代以来，光纤通信产业一直保持着快速增长，已经成为支撑信息时代的数据传输技术。 运营商的长途干线传输，已经从电缆、微波、卫星改成了光纤传输，全球互联网干线也采用了光纤通信，我国光纤入户家庭的占比更是达到了90%以上。

激光大气通信

激光大气通信和自由空间激光通信，都是在没有传输线路（光纤）的条件下进行的点对点通信。 大气通信指的是利用空气作为传输介质，属于无线通信。

光纤通信

大气环境对光信号的影响 大气通信的优点是设备类别简单且通信容量大，单光束速率可达10Gb/s以上。缺点则是非常容易受到雨雪沙尘等天气影响。 云雨雾雪会造成信号衰减，烟尘微生物水滴造成散射，氮氧等气体分子则会吸收光信号，大气湍流带来的光斑闪烁和漂移…… 此外由于激光的指向性强，高稳定的瞄准捕获与跟踪（APT）系统就变得非常重要，这也是大气通信大规模商用的难点之一。 水下蓝绿激光通信 我国在激光大气通信的研究方面起步比较晚，不过近些年进展较快。例如2009年的时候，西安理工大学便研发出通信距离长达3km~5km的大气激光视频传输系统，实现了全天候不间断的视频数据传输。 随着材料技术、工艺技术、APT系统、大气补偿算法等关键技术的不断完善，大气激光通信应该会迎来一轮大发展，适用领域包括楼宇通信、跨河通信、岛屿入网、水下通信等等。

自由空间激光通信

与激光大气通信的最大不同在于，自由空间激光通信主要用在太空领域，因此信道环境充斥着各种复杂的电磁波，在系统组成、关键部件和传输容量上倒是跟大气通信相差不大。 自由空间激光通信既可用于卫星-卫星通信（星星传输），也可用于卫星-地面通信（星地传输）。 由于通讯距离长达几千甚至上万公里，因此激光发散小、能量集中的特性可以大大降低发射机的功率和重量，发射端和接收端的口径也相应大大缩小。 在星星传输和星地传输的场景下，体积小巧、功耗低、传输容量大，就成为激光通信相比于微波通信的巨大优势。 最近几年，国内外对自由空间激光通信的研发投入不断加快。 我国早在2017年，就成功进行了国际首次高轨卫星-地面的双向激光通信试验，实测距离地球近4万公里的卫星和地面之间（星地传输）的通信速率达到5Gbps。 国际上，SpaceX在2020年进行了一次试验，两颗Starlink互联网卫星利用搭载的激光通讯载荷，传输了数百GB的数据（星星传输），为布局SpaceX公司的天基网络提供了重要参考。 激光大气通信和自由空间激光通信成熟之后，将会和地面上的光纤通信网络交叉融合，构建出立体的天-空-地-海光通信网络，互联网将真正做到随时随地接入。

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