这一突破的核心在于激光的频率优势,无线电频率为 GHz 级别,如同单车道乡间小路,而激光频率达百 THz 级别,相当于百车道高速公路,频率越高带宽越大,同一时间能传输的信息更多。
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实现 40 万公里的激光通信,中国攻克了三大技术难题。对准难方面,激光束极细,发散角为微弧度量级,40 万公里外偏差可达几公里,依靠捕获跟踪瞄准系统,通过粗对准、微调及信标光闭环修正,完成 40 万公里外的 “穿针引线”。
信号弱问题则通过单光子探测技术解决,激光传输 40 万公里后接收功率仅为纳瓦或皮瓦级,超导纳米线探测器能精准捕获单个光子。
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速率提升难则借助编码算法,如高阶脉冲位置调制,在低信噪比环境下恢复错码并压缩数据,提升传输速率。
地月通信的上下行速率存在 80 倍差异,下行 100 兆,上行 1.25 兆,这是需求与工程约束的合理权衡。
90% 的流量为下行数据,来自月球传回的科研信息,而上行仅需发送指令,数据量小。同时月球终端体积小、功耗有限,无需高上行速率。
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该技术具有三大应用价值。科研效率大幅提升,科学家能实时接收月球数据,立即研判异常现象。
满足月球任务刚需,未来国际月球科研站建设和载人登月时,海量数据传输需要激光带宽支撑,甚至可实现高清视频通话。
为深空探测奠定基础,地月通信是起点,掌握激光通信技术后,火星、小行星等更远距离的通信有了技术铺垫。
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中国是继美国之后全球第二个掌握地月激光通信的国家,虽起步较晚但进展迅速,已实现双向稳定通信。目前速率满足探月需求,未来还将提升至几百兆甚至 1G 以上。
这束跨越 40 万公里的激光,为月球科研站、载人登月及深空探测铺就了一条 “数据高速公路”,是未来深空通信的重要基础。
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