当前,空间信息获取与传输已成为国家战略竞争的重要领域。
随着遥感卫星、通信卫星等航天器数量和功能的不断增加,如何高效传输海量天基数据成为制约空间信息应用的关键瓶颈。
传统的微波通信虽然技术成熟,但传输速率难以满足未来需求。
在此背景下,星地激光通信因其超高速率、低延迟等优势,逐渐成为实现天地数据互联的最优方案。
然而,星地激光通信的实际应用面临多重复杂挑战。
卫星平台的微振动、大气湍流的随机扰动、信号的非线性畸变等因素,都会严重影响通信质量。
特别是在超高速率传输条件下,这些问题的复杂性呈几何级增长。
如果将星地激光通信比作在湍急河流上架桥,从10Gbps到120Gbps的升级,相当于从单车道桥梁升级到多车道高速大桥,不仅要求快速建立连接,更要在极限条件下保障通行效率。
中国科学院空天信息创新研究院的科研团队通过多轮技术研究和反复实验验证,成功突破了一系列核心技术瓶颈。
首先,团队优化了强实时光学畸变校正算法,精准抑制大气湍流引起的高频扰动,确保微弱激光信号的稳定跟踪与高效耦合,让信号"收得稳"。
其次,深度应用信号损伤补偿技术,在数字域精准消除高速率信号的非线性畸变,同时通过抗大气湍流高效率激光通信空口协议,确保数据的低误码率,让信号"收得对"。
再次,改进了非稳态大气信道自适应传输控制策略,有效解决快衰落信道下的数据吞吐瓶颈,最大化利用信道容量,让信号"收得快"。
本次实验利用塔县激光地面站自主研制的500毫米口径星地激光通信系统与中科卫星AIRSAT-02卫星进行。
值得注意的是,实验在卫星硬件完全不变的情况下,仅通过在轨软件重构就将激光通信载荷能力从60Gbps提升至120Gbps,充分挖掘了现有硬件的潜能。
实验期间,星地之间成功实现秒级捕获建链,建链成功率超过93%,最大连续通信时长达108秒,获取数据量达12.656Tb,并成功处理出高质量遥感影像。
这些数据充分表明,超高速星地激光通信已具备业务化运行的基本条件。
从发展历程看,空天院在星地激光通信领域的进展呈现加速态势。
2023年实现10Gbps传输,2025年初突破60Gbps,如今已达120Gbps,技术迭代周期不断缩短,创新步伐明显加快。
塔县激光地面站作为我国首个业务化运行的星地激光通信地面站,自2024年9月建成以来已承担多项业务化运行任务,成为推动该技术应用的重要支撑。
AIRSAT-02卫星的成功发射和在轨验证,进一步证明了星地激光通信技术的可靠性和实用性。
从应用前景看,随着激光通信地面站网布局的不断完善、技术指标的持续迭代升级,星地激光通信有望彻底突破星地通信速率瓶颈。
未来,它将成为衔接天基信息网络和地面光纤网络的骨干枢纽,助力构建天地一体化融合的空间信息网络体系。
这对于推进国家空间信息基础设施建设、提升空间信息获取和应用能力具有重要意义。
从“能连上”到“连得快、传得稳、跑得久”,星地激光通信的每一次速率跨越,背后都是对复杂环境与工程边界的再一次突破。
面向数据驱动的空天应用新阶段,持续提升链路可靠性、扩大地面站网覆盖、完善业务化运行标准,将决定这项技术能否从示范走向规模化应用,并在服务国家重大需求与新型基础设施建设中释放更大价值。