通信速率达10Gbps 我国实现星地激光高速通信工程应用

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【科技前沿】

星地海量数据传输有了新选择——激光！中国科学院空天信息创新研究院（空天院）近日利用自主研制成功的500毫米口径激光通信地面系统与长光卫星技术股份有限公司所属吉林一号MF02A04星开展了星地激光通信试验，通信速率达到10Gbps（每秒10G比特），所获取的卫星载荷数据质量良好，可满足高标准业务化应用需求。本次试验标志着我国已成功实现星地激光高速通信的工程应用，星地通信速率由Gbps迈入10Gbps时代。

空间探索和科学的发展对星地数据传输提出了更高要求，但传统的微波频段资源有限。空天院激光地面系统技术负责人李亚林高级工程师介绍，微波常用的X频段仅有375兆赫，近年来开始应用的Ka频段也只有1.5吉赫，难以满足星地海量数据传输需求。与微波相比，激光频谱资源极其丰富，带宽可达数百吉赫。“如果将频段比作道路，那么X频段是单车道，Ka频段是四车道，而激光可容纳成百甚至上千车道。利用激光通信每秒可传输1部高清电影，相较于现有的微波通信速率高出1~2个量级，也就是高出十倍，甚至近千倍。”

同时，激光通信设备也能让卫星“瘦身”——由于激光的发散角很小，能量高度集中，这样激光地面系统接收到的功率密度高，所以卫星能够“轻装上阵”，以远小于微波通信载荷的体积、重量和功耗实现超高速率的通信。此外，激光具有很强的抗电磁干扰能力，用激光作为载波进行数据的发射与接收，还能够显著提高星地通信的安全性。

吉林一号MF02A04星总设计师陈善搏介绍，在这次试验中，长光卫星突破了一系列关键核心技术，高标准满足了激光与卫星对接的精准度及稳定度要求，确保了试验顺利下传的图像数据质量良好。

今年6月15日成功发射的吉林一号平台02A系列卫星也搭载了新一代激光通信载荷，其硬件可实现40Gbps的下传速率，将用于在轨试验星地及星间更高速的通信技术。

“星地激光通信试验的成功将大大提高遥感信息服务业务的质量和效率。下一步，长光卫星将联合项目团队，开展星地激光通信常态化、业务化试运行，为这项技术的全面应用做好准备。”长光卫星星载激光通信技术负责人邢斯瑞说。

空天院联合中国科学院光电所、北京融为科技有限公司，先后突破多项技术瓶颈，实现了在非稳态信道下的星地激光高速、高可靠通信。中国科学院院士、空天院院长吴一戎说，遥感卫星探测获取的海量数据无法及时落地，已经成为阻碍我国卫星效能发挥的瓶颈问题。他建议，在充分利用现有微波地面站的基础上，积极布局国家卫星激光通信地面站网，“激光+微波”组合运行，为我国经济社会高质量发展和社会公共需求提供更好的技术支撑和服务。

（光明日报记者 齐芳 任爽 光明日报见习记者 李层）