當衛星鐳射通信規模化

2023-11-29 07:42:24 來源: 《環球》雜志

  市場研究機構預計,全球衛星鐳射通信係統市場規模在2030年將達到約52億美元。

文/徐鳴

編輯/樂艷娜

  近期,美國國家航空航太局(NASA)的“靈神星”號探測器成功發射。該探測器使用近紅外鐳射器在地球和深空之間發送和接收測試數據,是NASA首次在月球更遠深空執行高頻寬光學通信任務,它為人類深空探測高速資訊傳輸技術研究拉開序幕。

  所謂衛星鐳射通信,就是使用“鐳射光束”作為傳輸媒介進行資訊傳輸,根據鐳射傳輸環境的不同,可分為真空環境中的星間鐳射通信和大氣環境下的星地鐳射通信。在鐳射通信的過程中,文本、圖片或視頻等資訊首先會轉換成數字信號,隨後會被編碼成一係列的“光語言”。這些“光語言”被地面站或其他航太器接收後,就能轉換成原來的數據格式,從而成功實現數據傳輸,建立起一條太空資訊傳輸的高速通道。

  選擇使用鐳射進行太空資訊傳輸,主要優點包括:

  快。鐳射的數據傳輸速率是傳統無線電的10倍至100倍。舉個例子,通過鐳射通信下載一部高清電影只需幾秒鐘,而傳統的無線電通信可能需要幾小時。

  輕。由于鐳射光束集中且攜帶資訊量大,其落在接收終端上的功率密度高,接收係統因此可以做得體積更小、重量更輕。比如鐳射通信終端的體積可以做到只有微波通信模組的十分之一,重量僅為其四分之一。

  安全。鐳射波束非常窄,所以被攔截的可能性非常小,這對于傳輸敏感數據具有重要意義。例如在金融領域,鐳射通信可以大大降低交易數據被截獲或竊聽的風險。

  開放。由于波束窄,鐳射通信係統之間相互幹擾的可能性大大降低,目前也不需要向國際電聯申請頻段,就可以在不同的頻譜范圍內自由操作。因此,鐳射通信能夠避免微波頻譜資源日益緊張的問題。

  正是瞄準了衛星鐳射通信的上述優點,自上世紀60年代以來,美國、歐洲、日本等國家和地區便先後啟動了相關研究。當前,鐳射通信正在成為低軌衛星星間通信最有潛力的方案之一。

  我國衛星鐳射通信技術相關研究始于上世紀90年代。2011年,“海洋二號”衛星實現了我國首次星地鐳射通信試驗。後續包括“實踐二十號”衛星在內的多個航太器均搭載了鐳射通信終端進行實驗驗證。

  盡管發展迅速,衛星鐳射通信技術想要實現規模化應用,仍面臨著諸多挑戰:鐳射通信穩定性較低,衛星振動、熱環境、姿態軌道控制均可能導致鐳射鏈路中斷;在星地鐳射應用場景中,雲層、雨霧等氣象因素可能導致鐳射信號通信品質下降甚至無法通信。此外,鐳射通信要求高精度的光學系統,導致目前鐳射通信産品成本高、生産周期長,給衛星鐳射通信商業化造成阻礙。

  針對上述問題,目前有三個解決方案:為了減少氣象因素的影響,研發更高級的信號糾錯技術和自適應光學系統,同時通過地面多點布站避免極端天氣的影響;為了克服鏈路穩定難題,根據工程經驗進行鐳射終端與衛星平臺聯合設計;最後,通過技術迭代和規模效應降低器件成本,通過與其他空間技術的整合和資源共用來降低投資和運營成本。

  衛星鐳射通信在未來的應用前景十分廣闊。例如,在遠洋航行領域,以衛星鐳射通信為中繼,可以使遠洋遊輪直接接入移動互聯網,為遊客提供更好的服務;在應急救災領域,衛星鐳射通信可以與地面局域網結合,為災區接通高速通信網絡;在特殊場景,衛星鐳射通信利用其保密性強、不易被監測等特點,可以為特定用戶提供服務。

  這些多元化的應用場景,展示了衛星鐳射通信技術的巨大潛力。市場研究機構預計,全球衛星鐳射通信係統市場規模在2030年將達到約52億美元。而隨著技術的不斷成熟和創新,衛星鐳射通信將有力推動未來空間通信技術的發展和變革。

來源:2023年11月29日出版的《環球》雜志 第24期

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