國際空間站站長克裏斯·哈德菲爾德也許會(hui) 讓你對形象刻板的宇航員刮目相看——他經常在互聯網上發布一些有趣的太空生活視頻和照片。盡管他已於(yu) 今年五月份返回地球，但他返回前，以地球和太空為(wei) 背景，在空間站零重力的奇妙環境下，演繹的太空站版MV《太空怪人》卻吸引粉絲(si) 無數。隨著人類未來太空活動的更加頻繁，在不久的將來，現有的微波通訊方式將不能滿足需求。那時，大量的數據將依靠什麽(me) 技術從(cong) 空間站、月球甚至火星傳(chuan) 回到地球呢？

　　激光將使衛星通訊趕上高速光纖

　　事實上，國際空間站的航天員非常喜歡與(yu) 地麵建立實時連接，因為(wei) 這是他們(men) 枯燥的太空生活中的一大調劑。而由於(yu) 工作需要，空間站的航天員也需要經常和地麵建立聯係，例如，召開視頻會(hui) 議、瀏覽網頁和傳(chuan) 輸任務數據。

　　目前，國際空間站的互聯網帶寬為(wei) 300MB，是多數家庭網絡帶寬的10倍以上，雖然能適用於(yu) 當前的需要，但隨著未來人類太空活動的增加，當前的網絡帶寬將不適應需求。

　　美國宇航局正在開發新型激光太空通信係統，以此來實現“太空—地球”遠距、大數據通信。這種技術能將衛星通信的速率提高到相當於(yu) 地球上高速光纖網絡的水平。這一套係統的主要部件包括激光器、望遠鏡、光學係統、探測器組合以及信號處理線路。一旦開始工作，在一個(ge) 萬(wan) 向架的支承下，望遠鏡或平麵反射鏡、中繼光學組件、光學跟蹤係統以及信號探測組件與(yu) 激光器和二色分光鏡結合起來構成接收和發射係統，可同時發射和接收激光，隨之實現信號跟蹤和信號輸出。

　　美國宇航局計劃在未來十年對用來實現太空通訊的數據中繼衛星係統（TDRSS）進行更新升級。作為(wei) 多顆中繼衛星發送數據至地球的集線中心，第一代TDRSS建立於(yu) 20世紀80年代末至90年代初，2013年初已發射第三代TDRSS的第一部分。未來，太空旅遊和太空旅館將帶來更多的太空遊客，在太空登陸互聯網將是他們(men) 太空生活的重要一部分，激光通訊和TDRSS係統將是理想的太空——地球互聯網實現方法。通過這些技術在太空生活的人們(men) ，將可以與(yu) 地球上的家人、朋友進行高清晰視頻聊天，互發微博等。

　　激光通訊設備可減輕空間站負載

　　使用激光太空通信係統的優(you) 勢在於(yu) 它擁有更高的數據傳(chuan) 輸速率，而這種速率是之前使用的微波通信係統所達不到的。同時，由於(yu) 通信光束嚴(yan) 格聚焦，激光太空通信係統的抗幹擾和防竊聽能力非常強，而這種高度準直的光束完全可以實現遠距離通信。另外，激光波長比微波短，因而可以借助較小的發射望遠鏡產(chan) 生嚴(yan) 格聚焦的光束，與(yu) 相同性能的射頻係統所需的微波天線相比，這種發射望遠鏡要小整整一個(ge) 量級。對於(yu) 在空間站上控製通信係統的人來說，這意味著工作大大簡化，同時，空間站的重量和負載空間都因激光太空通信係統擁有更小的信號傳(chuan) 送器而大大節省。

　　但是，太空的環境對於(yu) 實現激光通訊所需的光學係統來說非常嚴(yan) 酷。首先光學係統必須足夠牢固，才能經受航天器發射時的衝(chong) 擊和振動。一旦進入軌道，起飛加速器產(chan) 生的氣體(ti) 、航天器的潤滑劑和密封墊的排氣，都有可能汙染光學係統，從(cong) 而影響激光通訊。不過，采用密封光學係統和萬(wan) 向架支承的望遠鏡可以解決(jue) 這個(ge) 問題，這種望遠鏡有抗汙染的屏障窗口，因此汙染物隻會(hui) 沉澱在外窗上，不會(hui) 對內(nei) 部結構有影響。

　　使用激光通訊係統還要對付長期的宇宙輻射，這可以采用摻鈰玻璃或石英製成的透鏡屏蔽關(guan) 鍵元件，以及采用輻射強化的電子元件來防禦這種威脅。

　　激光太空通信係統高保密性、高存活力與(yu) 抗幹擾的優(you) 勢，既能讓太空通訊的“網速”加快，又能減輕重量負擔和能量需求。這種技術將來還有可能應用於(yu) 衛星對海底的通信，以及兩(liang) 架飛機之間的溝通，例如，用在空中加油機和需要加油的戰鬥機上。也許不久的將來，每個(ge) 人都將會(hui) 有機會(hui) 像國際空間站站長克裏斯·哈德菲爾德一樣，傳(chuan) 回自拍的太空站版MV了！

以激光為(wei) 基礎的太空通信係統

　　去年10月，國際空間站的俄羅斯區段首次通過激光將寬帶信息傳(chuan) 輸到地麵站。傳(chuan) 輸數據量為(wei) 2.8GB，傳(chuan) 輸速度達到每秒125MB。該激光通信係統從(cong) 太空發射激光信號，再由地麵接收站將激光解調成電信號，從(cong) 而實現信息傳(chuan) 輸。

　　而美國的工程師正在研究另一項技術——延遲容忍網絡，這個(ge) 網絡將使太空網絡更好地處理傳(chuan) 輸和接收之間的時間間隔。美國麻省理工大學的工程師設計的係統還能夠消除航天器微小的擺動，這是遠距離瞄準和跟蹤所要應對的挑戰之一。他們(men) 相信，未來太空任務將利用激光通信技術的輕質和低功率特點，為(wei) 實時通信和3D高清晰度視頻提供更好的數據質量。

　　激光太空通信係統的運用為(wei) 快捷、可靠的太空通信手段開辟了道路。美國宇航局也於(yu) 今年開始研討新一代太空通信係統。他們(men) 的計劃是用激光代替微波進行通信，以便更快、更有效地發送數據。他們(men) 希望能建立激光太空互聯網，為(wei) 未來太空旅客提供便捷網絡通信。未來，利用激光通信技術，人類或將開啟至月球的快速可靠的數據連接網絡，甚至還可以連接至火星和更遙遠的星球。