北京
本文转自：人民日报
我国首次实现地月双向高速激光通信
十二秒传高清月照，如何做到（身边的创新）
本报记者 吴月辉
历经一年多在轨测试，我国地月激光通信试验任务日前取得重要突破，科研团队成功在约40万公里的地月距离上建立起双向激光链路，首次实现地月双向高速激光通信。这标志着我国空间激光通信正式从近地轨道迈入地月空间。
空间激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。相较于传统微波通信，其具有多项优势：带宽大、速度快、方向准、保密性好。同时设备体积小、重量轻；可实现双向高速、收发自如。但距离越远，技术挑战越大。
“深空传输距离动辄数十万公里，对光束瞄准精度要求苛刻；激光信号远距离传输至地面后衰减极强，信号微弱至难以捕捉；高速传输技术受限，传输速度也一直提不上去。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员、激光通信试验科研团队负责人杨雷介绍。
超远距离精准瞄准，是本次试验攻克的首要难题。地月间通信好比“万里穿针”：相当于要在约40万公里外，将一束极细的光线精准穿过一个高速运动的“针孔”。发射端哪怕出现极其微小的角度偏差，抵达目标附近时也会产生数公里的位置误差。为此，科研团队创新性地提出了适用于超远距离、极微弱信号条件的双向捕获跟踪方案，通过对卫星轨道、望远镜安装及形变误差、大气折射、激光飞行时间等多种因素的计算和系统校准，让天上的卫星和地面的望远镜在运动中始终对准，确保激光能精准照到预定位置。
攻克瞄准难题后，极弱信号识别的挑战接踵而至。激光跨越约40万公里到达地面时，信号已衰减至仅剩余数个光子，地面望远镜能接收到的信号极少。与此同时，月光、星光、城市灯光等信号也会混入其间，对激光信号形成干扰，让有效信号的甄别难上加难，就像在千里之外喧嚣嘈杂的闹市中，准确听清一根针落地的声音。
针对这一难题，科研团队用上了能探测单个光子的“超灵敏探测器”，并开发了一套复杂的信号识别算法，从海量噪声中精准筛选，提取有效信号，成功突破瓶颈。
传输速度也得跟上。在实现信号稳定接收的基础上，团队持续攻坚，大幅提升数据处理效率。此次试验初步实现上行1.25Mbps（兆比特每秒）、下行100Mbps的通信速率。杨雷说：“以一幅8K月面高清图像为例，用传统5Mbps微波链路下传需4到5分钟；换成100Mbps激光通信后，只要约12秒。”
这项试验由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头，联合之江实验室、中国科学院云南天文台、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等多家单位协同攻关。
“地月之间的‘信息高速路’已经打通，未来我们将会获取到更多、更有原创价值的科学数据。”杨雷说，相关技术形成的轻量化、小尺寸、低功耗、高速率的信息传输能力，也将为我国载人登月、月球科研站建设和深空探测提供高速信息传输新手段，支撑我国空间科学与应用取得更多更好的原创性科学成果。
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