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

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。

相关问答

国内外水下激光通信，已经达到什么样的水平了呢?

深空探测和水下探测有什么共同点呢?--实际上相当多。于2013年投入使用的月球激光通信演示(LLCD)系统现在在经过MIT的林肯实验室的改造后能够进入水下研究领域...

激光通讯是利用在中多次射来传递信息._作业帮

[最佳回答]分析:激光通信就是激光在光导纤维中经过多次反射传输信息的过程.激光通讯是利用激光在光导纤维中多次反射来传递信息.故答案为:激光;光导纤维;反.点...

激光传送信息叫什么通信?

激光传送信息是一种无线通信技术,它利用激光束将信息从一个地方传输到另一个地方。这种技术被广泛应用于数据传输、通信和网络连接等领域。激光通信的主要优点...

【激光通讯是利用______在______中多次______射来传递信息....

[最佳回答]激光通讯是利用激光在光导纤维中多次反射来传递信息.故答案为:激光;光导纤维;反.

星地激光通信原理?

是利用激光光束在地球上地面站和地球轨道上的通信卫星之间进行数据传输。其工作流程可以简单概括为:地面站通过激光器产生激光光束,经过光学系统聚焦后发送到...

利用激光来传递的通信方式叫什么?

利用激光来传递的通信方式叫做激光通信。这种通信方式利用激光器将信息编码成光脉冲,通过空气或光纤等传输介质发送到接收端。激光通信具有高速、高带宽、高安...

星链激光通信原理?

星链卫星将更靠近地球,以减少信号延迟。星链使用激光传输来提高互联网速度。目前,由于基础设施的巨大成本,农村地区在获得互联网接入方面面临挑战。这意味着...

当代通信存在问题及改进措施

[回答]通信经历了大气通信和光波导(光纤)通信两个重要的发展阶段。早期的激光大气通信曾掀起了世界性的研究热潮,许多经济和技术力量雄厚的发达国家在这个...

激光刻字通讯怎么设置?

激光刻字通讯的设置主要包括以下步骤:首先,准备好激光刻字设备,确保其正常工作;其次,连接设备与电脑,确保通讯正常;然后,在电脑上安装相应的激光刻字...激...

HST怎么通讯?-Soniaqiu❤的回答-懂得

HST必须能够与地面的控制人员进行对话,以便将得到的数据传回地面,同时接受下一个任务的指示。HST利用一组被称为“TDRSS”(跟踪与数据中继卫星系统)...