经过一年多连续在轨测试验证,中国科学院空间应用工程与技术中心牵头的科研团队在超过40万公里的地月距离上,成功打通地面站与DRO-A卫星之间的双向激光通信链路。这是我国首次实现地月双向高速激光通信,也意味着空间激光通信从近地轨道正式跨入地月尺度,把我国相关技术推到全球第一梯队的前沿。
把激光束打到40万公里外再收回来,难在三个字:对准、微弱、速率。激光在漫长真空里扩散衰减,落到地面望远镜视场时,一次有效接收往往只剩寥寥几个光子。月光、星光、城市灯光和大气杂散光全混在一起,真实信号像闹市千里外一根针落地的微响。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员李浩说,团队靠多年积累的单光子探测与通信处理功底,造出对单个光子就有响应的高速超导单光子探测阵列,再配一整套高灵敏度信号处理算法,才从海量背景里把有用光子挑出来,做到千里辨音。
光收得到还不够,还得传得稳、传得快。科研团队啃下了皮秒级时间识别的大带宽通信处理技术,用高阶脉冲位置调制把每个光脉冲的时间槽利用到极致,在信噪比极低的条件下依然跑出高码率;再叠加强纠错编码压住随机误码,让月端海量数据以接近零误码的状态落地。本次试验实测上行1.25兆比特每秒、下行100兆比特每秒,给后续迭代留足余量。
这个速率意味着什么,对比一下就清楚。一张8K月面高清图,走传统5兆比特每秒微波链路要拖4到5分钟;切到百兆级激光链路,12秒左右传完,效率提了二十倍以上。微波不是不能用,而是带宽窄、速率低、设备重,当地月探测、载人登月、月球科研站陆续上线,数据量会爆发式增长,老路注定堵死。
这项完全自主可控的突破,补的是后续载人登月与月球科研站最关键的短板:天地之间那条大带宽、低延迟、近实时的数据通道。以后航天员在月面拍的4K、8K画面,着陆器与巡视器的科学载荷产出的原始数据,都能近乎无感回传地球。地球和月球之间,第一次有了属于中国的太空信息高速路。
