美国试验新型激光通信技术，能让无人机与卫星高速通信

兵工科技（微信ID：binggongkeji）

MQ-9无人机目前使用的卫星通信微波天线，将来如果换成激光通信系统，将极大提高其通信能力

目前的军用远距离无线通信，主要以微波通信为主，虽然技术水平越来越高，应用也十分成熟，但却存在通信带宽难以继续大幅提高，且容易被截获、干扰的缺陷。上世纪末，一种新概念的通信技术开始出现，这就是无线激光通信技术。上世纪90年代起，以美国为首，展开了对该技术的广泛攻关。早期的激光通信试验，受限于激光器件、功率密度等技术基础不足，试验通信距离比较短，仅为几十千米。近年来，随着新型激光器件技术的进步，激光通信技术逐渐从实验室走向现实。2020年2月20日，美国通用原子公司成功测试空对太空激光通信系统，这种被命名为机载激光通信系统（ALCoS）的新式通信系统，有可能掀起军用通信技术的革命。

激光通信的优势

激光通信技术相比传统微波通信技术，究竟有哪些过人之处？首先，与传统微波载波通信相比，激光通信天然具有通信容量大，速率高的优势，对于军用通信而言，目前发展趋势就是带宽更大、容量更高，这对于激光通信而言恰恰是最主要优势。

其次，虽然激光通信在大气层内有容易被云雨、雾霾等吸收耗散，影响通信距离和质量的缺点，但由于激光相比微波方向性好、波束角小得多，因此在对太空通信时，具有通信距离远，能量耗散小的优点，特别适合天基与地球之间的通信。

第三，激光通信系统由于指向性好，发射和接收系统必须对准角度才能进行通信，因此相比微波，更难以被敌人接听和截获，保密性强，同时它也难以被传统电磁辐射所干扰，抗干扰能力强。

总而言之，激光通信技术在高带宽、大数据量传输需求方面提供了最佳解决方案。

美国机载激光通信系统（ALCoS）

通用原子公司本次演示的新型机载激光通信系统（ALCoS），在技术上已经非常成熟和先进，其激光发射通信系统的尺寸、重量和功率，都非常适于安装在大型中空长航时无人机上，而此前的试验性系统，尺寸和重量都过大，根本不可能由MQ-9这种规格的无人机搭载。

机载激光通信系统（ALCoS）具备两个工作光学波段，分别为1064nm和1550nm，其数据承载能力是传统射频通信卫星系统的300倍。

此次新型激光通信系统的试验测试工作，由通用原子公司与TESAT公司合作完成，主要由通用原子公司位于加那利群岛特内里费岛的光学天文台与TESAT卫星激光通信终端LCT135进行闭合连接，成功演示了采集、跟踪以及关闭与LCT135的链接的能力。也就是说，此次测试并未直接将激光通信系统终端安装在无人机上，而是安装在一个底面测试站上进行测试。不过下一步如果测试结果理想，通用原子公司将进一步将激光通信系统安装在无人机上，直接在空中完成与太空中通信卫星的高带宽激光通信。

可以说，本次测试迈出了使飞机具备高宽带通信系统的关键一步，可赋予飞机通信不受对手侦测与干扰的能力。同时，ALCoS打破了当前射频卫星通信技术的数据瓶颈，有利于发展新一代高性能传感器。

未来展望

下一步，通用原子公司计划使用ALCoS激光通信系统在MQ-9“死神”无人机与卫星之间安全传输数据，进而实现低截获率、低检测率的空-天间通信。

我们知道，此前的大型远程无人机，都是通过机头安装的微波卫星天线实现与通信卫星的通信的，但通信带宽较小，能够实时传送的信息很有限，而如果无人机-卫星间激光通信能够成为现实，必将极大增强无人机作为通信中继节点和侦察探测平台的实际信息获取能力，将成为军事通信领域的技术颠覆者。美国在空-天激光通信技术领域的新动向，无疑值得我们借鉴和学习。

TeraNet利用激光技术将空间通信速度提高1000倍

西澳大利亚大学的"TeraNet"是一个专门从事高速空间通信的光学地面站网络，它成功地接收到了一颗德国低地球轨道卫星发出的激光信号。这一突破为将太空与地球之间的通信带宽提高 1000 倍的目标铺平了道路。

西澳大利亚大学的西澳大利亚光学地面站 TeraNet 1。图片来源：Danail Obreschkow，国际太空中心

TeraNet与OSIRISv1进行的激光通信测试标志着西澳大利亚州在空间通信中用高速激光取代过时的无线电系统方面迈出了一步。在澳大利亚政府的资助下，该网络旨在支持各种任务，提高多个部门的数据传输能力。

由国际射电天文学研究中心（ICRAR）西澳大利亚大学节点的Sascha Schediwy副教授领导的TeraNet小组接收了来自OSIRISv1的激光信号，OSIRISv1是德国航空航天中心（DLR）通信与导航研究所的激光通信载荷。OSIRISv1 安装在斯图加特大学的飞行笔记本卫星上。这些信号是在上周四飞越该卫星时利用两个 TeraNet 光学地面站探测到的。

"这次演示是在西澳大利亚建立下一代空间通信网络的关键第一步。接下来的步骤包括将该网络与目前正在澳大利亚和世界各地开发的其他光学地面站连接起来，"Schediwy 副教授说。

使用移动光通信网络 - TeraNet 3 的学生。资料来源：ICRAR

TeraNet 地面站使用激光，而不是传统的无线无线电信号，在太空卫星和地球用户之间传输数据。由于激光的工作频率比无线电高得多，因此每秒可传输的数据量可能高达 1000 千兆比特。

天体光子学小组组长，Sascha Schediwy 副教授。资料来源：ICRAR

自近 70 年前发射第一颗人造卫星 Sputnik 1 以来，无线无线电技术一直被用于太空通信，自那时起该技术一直保持相对不变。随着太空中卫星数量的增加，每一颗新卫星都能产生更多的数据，现在在将数据传回地球方面出现了一个关键的太空瓶颈。

激光通信非常适合解决这个问题，但缺点是激光信号会被云层和雨水干扰。TeraNet 团队正在通过建立一个由分布在西澳大利亚的三个地面站组成的网络来缓解这一缺点。这意味着，如果一个地面站出现阴天，卫星可以将数据下载到另一个晴天的地面站。

此外，接收卫星激光信号的两个 TeraNet 地面站之一就建在一辆定制的吉普车后面。这意味着它可以迅速部署到需要超快速空间通信的地点，例如因自然灾害而切断传统通信链路的偏远社区。

来自太空的高速激光通信将彻底改变地球观测卫星的数据传输，极大地增强军事通信网络的安全性，并为自主采矿作业等部门的安全远程操作以及国家灾害规划和响应提供支持。

作为澳大利亚航天局"月球到火星演示任务"资助计划的一部分，ICRAR的TeraNet团队于2023年获得了澳大利亚政府、西澳大利亚州政府和西澳大利亚大学的资助。该项目耗资630万澳元，支持在西澳大利亚州建设三个TeraNet光学地面站，德国航空航天中心（DLR）将以实物形式提供其配备激光通信设备的在轨卫星。

TeraNet 将支持在低地球轨道和月球之间运行的多个国际太空任务，既使用经过验证的传统光通信标准，也使用更先进的光学技术，包括深空通信、超高速相干通信、量子保密通信以及光学定位和授时。

该网络包括位于西澳大学的一个地面站、位于珀斯以北 300 公里处的 Mingenew Space Precinct 的第二个地面站，以及正在欧洲航天局新诺西亚设施调试的一个移动地面站。

编译自/ScitechDaily

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