首次！NASA用激光从3100万公里外传高清视频，未来可用于火星

·NASA从3100万公里外深空用激光传输视频，用时101秒。这一技术有朝一日能让宇航员在火星上把图像和视频高速传输到地球。

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NASA从大约3100万公里外的深空传回地球一段15秒的虎斑猫高清视频。(00:51)

从大约3100万公里外的深空传回地球一段15秒的虎斑猫高清视频，用时仅101秒。这是美国国家航空航天局（NASA）首次采用激光从深空传输高清视频，测试使用不可见的近红外激光向地球发送和接收数据。这一技术有朝一日能让宇航员在火星上把图像和视频高速传输到地球。

NASA的Psyche探测器10月中旬发射，目标是研究火星和木星之间的一颗金属小行星。探测器搭载了深空光通信飞行激光收发器，视频则被编码在近红外激光中，飞行激光收发器将其传送到加州理工学院帕洛玛天文台海尔望远镜。

在传输时，激光到达地球只花了101秒。12月11日，视频在天文台下载。激光传送数据的速度是NASA在其他任务中使用传统无线电波系统的10到100倍。事实上，在帕洛玛天文台收到视频后，通过互联网发送给NASA喷气推进实验室，速度比来自深空的信号也更慢。

视频的主角是一只名叫Taters的3岁橙色虎斑猫，它正在追逐一个移动的激光点玩耍。与Taters的玩具不同，发射到太空的激光是红外的，肉眼看不见。Taters玩激光笔的片段是Psyche探测器计划在未来两年进行的一系列实验中的第一个实验。NASA喷气推进实验室激光飞行负责人马尔科姆·赖特（Malcolm Wright）表示，随着航天器离地球越来越远，NASA科学家和工程师将在更远的距离尝试视频传输，到2024年年中到达火星的距离。本月假期结束后，他们将在每周一进行一次测试，下一次测试将在明年1月进行，届时Psyche探测器将在3000万英里（约合4828万公里）以外。

赖特表示，现在最重要的是展示其可靠性和鲁棒性，“所以它不只是一个新奇的、一次性的东西。”赖特提到，使用激光就像在地面使用光纤，当然挑战在于没有通往太空的光纤。将激光对准探测器、让收发器知道应该指向哪里是最困难的部分。因为地球和探测器都在移动，所以激光必须在几分钟内指向目的地。但光束又很窄，需要瞄准地球上的确切位置，“当你以每小时17000英里（约合27359公里）的速度移动时，试图从一英里外击中硬币，这就是挑战。”

NASA表示已经在为下一任登月宇航员使用这项技术做准备。它将允许宽带视频、科学信息和高清图像从月球以外的地方高速传回地球。NASA副局长帕姆·梅尔罗伊（Pam Melroy）在一份声明中表示，“提高宽带对实现我们未来的探索和科学目标至关重要，我们期待着这项技术不断进步，并在未来的星际任务中改变我们的通信方式。”

激光如何抢占通信领域的先机？

出 品：科普中国

作 者：兰顺正

策 划：宋雅娟 涂子怡

监 制：光明网科普事业部

近日，在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心，通用原子电磁系统公司与美国国防部太空发展局利用SpaceX公司“猎鹰9号”商业火箭将激光互联网络通信系统（LINCS）卫星发射到指定轨道。

独树一帜的激光通信

激光作为一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，激光通信则是利用激光来作为信息的载体。与传统的无线电通信相比，卫星激光通信具有许多独到之处：

首先激光载波频率具有数百 THz量级，比载波频率在几 GHz 到几十 GHz 范围内的传统无线电通信高 3~5 个数量级，可携带更多信息，通信速率更高。其次激光发散角小，束宽极窄且指向性好，在空间中不易被捕获。在进行激光通信时，设备必须位于狭窄的光束之内，才能接收到较为清晰的信号，因此可以利用激光进行两点之间的高度保密通信，也可以建立防拦截激光通信网络，进行多点保密通信，通信过程中不易受外界干扰，拥有更好的安全性和可靠性。同时激光波长比无线电波长小 3~5 个数量级，激光通信系统所需的收发光学天线、发射与接收部件等器件与无线电所需器件相比，尺寸小、重量轻，可满足小型化、轻量化、低功耗的要求。

激光通信是未来通信技术发展的重要方向之一

虽然激光通信也存在着一定的局限性。如与微波通信相比，激光通信的成本较高；激光在大气传输的过程中，会被雪雾和雨水大大衰减而影响通信的质量；且激光束极高的方向性也导致对设备的稳定性和精度提出很高的要求。但是总体来说，激光通信必将在军事领域以及未来空间高速数据传输方面得到广泛的应用，这已经成为国际上的共识及趋势。此前美国太空发展局局长德里克·图尔尼尔就曾说过，激光通信可以带来“高带宽、低延时、信号干扰概率低的通信网络，适用于任何平台，无论是在水面上，船上，还是在空中”。

“大国竞争”的助力

其实美国等国家在很早之前就已经率先开展卫星激光通信技术研究，如在 1968 年美国 NASA 戈达德太空飞行中心的科研人员就曾将一束激光从地面站发送至近地轨道卫星 GEOS⁃II，进行激光传输实验，分析了大气湍流对激光信号传输的影响；1985年美方又运用高精度跟瞄技术建立了稳定的激光通信链路。而在2013 年，美国月球激光通信演示验证项目成功实施，为其卫星激光通信发展奠定了深厚技术基础。

无线电通信易受到对方电子战部队的干扰

这些年美国重回“大国竞争”，因此为应对同级别的对手，美军对于通信安全的要求也骤然加强。美军认为，当前各类武器系统都依靠无线电信号通信，而这也是一些自动功能的基础，自动功能虽可以提升武器的防御力，但无线电信号很容易被“黑客入侵”。根据华盛顿的说法，俄罗斯在研制电子战系统方面取得了重大进展。五角大楼联合人工智能中心最近发布报告说：“俄罗斯军队的技术比美国更先进，而且正在迅速发展人工智能，以获得战场信息优势”。在这种情况下，激光通信就成为美军的关注重点之一。

据报道，此次是美国国防部太空发展局自2019年成立以来第一次发射卫星。激光互联网络通信系统由12颗微型 “立方卫星”（CubeSats）组成，每颗卫星载有一个C波段双波长全双工光通信终端(OCT)和一个红外（IR）有效载荷，所有部件均有原子电磁系统公司圣地亚哥生产厂设计和制造，目前已有两个卫星进入轨道开始调试运行。据分析，美国军方和通用原子公司将试图改变通信方式，欲抢在俄罗斯等国前面占得卫星激光通信的先机。通用原子电磁系统集团总裁斯科特·福尼表示，未来是光通信的天下，即将开展的实验标志着通信“进化”的开端。

军事小词典

激光通信原理：在利用激光进行通信时，技术人员需要首先将各种形式的信号转变为调制光束。在接收站，技术人员需要用激光接收装置接收调制光束，并进行解调，从而将所需信号与激光束（载波）分离，与信号强度相关的输出电流将被逐级放大，然后被输送到扬声器或其他装置。

来源： 科普中国-军事科技前沿

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