來自美國宇航局Goddard 太空飛行中心的Katherine Schauer。

美國宇航局的激光通信中繼演示通信在激光鏈路。圖片來源: NASA's Goddard Space Flight Center

美國NASA激光通信中繼演示(LCRD)將使用激光通信係統將數據從(cong) 太空傳(chuan) 輸到地球。以下是關(guan) 於(yu) NASA革命性的LCRD任務你需要知道的六件事。

1.激光通信將改變美國宇航局（NASA）從(cong) 太空獲取信息的方式

自太空探索之初，美國宇航局就使用無線電頻率係統與(yu) 宇航員和宇宙飛船聯係。然而，隨著空間任務產(chan) 生和收集更多的數據，對加強通信能力的需求也在增加。LCRD利用激光通信的能量，激光通信使用紅外光而不是無線電波，對地球和地球之間的信息進行編碼和傳(chuan) 輸。

無線電波和激光紅外光都是電磁輻射的形式，其波長在光譜上的不同點。任務將他們(men) 的科學數據編碼到電磁信號中，然後發送回地球。

用於(yu) 激光通信的紅外光不同於(yu) 無線電波，因為(wei) 它的頻率要高得多，這使得工程師可以在每次傳(chuan) 輸中打包更多的數據。更多的數據會(hui) 同時產(chan) 生更多關(guan) 於(yu) 太空的信息和發現。

利用紅外激光，LCRD將從(cong) 地球同步軌道以1.2千兆每秒(Gbps)的速度向地球發送數據。在這樣的速度和距離下，你可以在一分鍾內(nei) 下載一部電影。

來源: Pixabay/CC0 Public Domain

2.激光通信將使航天器通過單一下行鏈路發送更多數據

如果你生活在80年代末90年代初，你會(hui) 記得地麵網絡的撥號速度——緩慢而痛苦。在航天器上增加激光通信類似於(yu) 人類使用光纖網絡等技術的高速互聯網:革命性的。

同樣的概念——除去光纜——也被應用於(yu) 空間激光通信，這使得航天器能夠通過激光鏈路發送高分辨率的圖像和視頻。

隨著激光通信的到位，航天器可以在一次下載中發送回更多的數據。美國國家航空航天局和航空航天工業(ye) 正在利用這些新發展，並創建更多的任務，使用激光補充無線電頻率衛星。

如今，我們(men) 的家庭網絡連接使得高清視頻、節目和內(nei) 容幾乎可以瞬間到達屏幕。這在一定程度上是由於(yu) 光纖連接通過塑料或玻璃電纜發送密集數據的激光，創造了更快的用戶體(ti) 驗。

3.有效載荷有兩(liang) 個(ge) 光學模塊或望遠鏡，用於(yu) 接收和發射激光信號

無線電波和光波來源：NASA

LCRD是一種中繼衛星，具有許多高度敏感的組件，提供更多的通信。作為(wei) 中繼，LCRD消除了用戶任務與(yu) 地球上天線的直接視線的需要。LCRD有兩(liang) 個(ge) 光學終端——一個(ge) 終端接收來自用戶航天器的數據，而另一個(ge) 終端將數據傳(chuan) 輸到地球上的地麵站。

LCRD的調製解調器將數字數據轉換成激光信號，然後通過中繼的光模塊通過人眼看不見的編碼光束進行傳(chuan) 輸。LCRD既可以發送數據，也可以接收數據，為(wei) 往返太空的任務數據創建了一條連續的路徑。這些能力使LCRD成為(wei) NASA的第一個(ge) 雙向端到端光學中繼。

這些隻是組成LCRD有效載荷的一些組件，所有這些都是一個(ge) 大床墊的大小。

4. LCRD依賴於(yu) 加利福尼亞(ya) 和夏威夷的兩(liang) 個(ge) 地麵站

一旦LCRD接收到信息並對其進行編碼，有效載荷就會(hui) 將數據發送到地球上的地麵站，每個(ge) 地麵站都配備了接收光線的望遠鏡和調製解調器，將編碼後的光線轉換回數字數據。

LCRD的地麵站被稱為(wei) 光學地麵站(OGS) -1和-2，分別位於(yu) 南加州的桌山和夏威夷毛伊島的Haleakalā火山上。

LCRD從(cong) 空間站向地球傳(chuan) 輸數據來源：NASA/Dave Ryan

雖然激光通信可以提供更高的數據傳(chuan) 輸速率，但大氣幹擾——如雲(yun) 和湍流——會(hui) 幹擾激光信號在地球大氣中的傳(chuan) 播。

OGS-1和OSG-2的位置是根據其晴朗的天氣條件和偏遠的高海拔位置選擇的。這些地區的大部分天氣都發生在山頂以下，因此相對晴朗的天空非常適合激光通信。

5. LCRD允許政府、學術界和商業(ye) 夥(huo) 伴從(cong) 地球同步軌道測試激光能力

LCRD將證明來自地球同步軌道的激光通信係統的可行性，該軌道距離地球表麵約2.2萬(wan) 英裏。

在支助其他特派團之前，LCRD將用兩(liang) 年時間進行測試和實驗。在此期間，OGS-1和OGS-2將作為(wei) “任務”，將數據從(cong) 一個(ge) 站點發送到LCRD，然後向下發送到另一個(ge) 站點。

LCRD將通過NASA、其他政府機構、學術界和商業(ye) 公司的實驗來測試激光的功能。其中一些實驗包括研究大氣對激光信號的幹擾，並演示可靠的中繼服務操作。

美國宇航局的激光通信任務來源：NASA/Dave Ryan

這些測試將使航空航天界能夠從(cong) LCRD中學習(xi) ，並進一步改進技術以供今後實施。美國國家航空航天局正在提供這些機會(hui) 來發展激光通信的知識體(ti) 係，並促進其實際應用。

實驗階段結束後，LCRD將支持太空任務，包括將安裝在國際空間站上的光學終端。該終端將收集船上科學實驗的數據，然後將信息發送給LCRD，再轉發給地球。

6. LCRD是眾(zhong) 多令人興(xing) 奮和即將到來的激光任務之一

LCRD是NASA的第一個(ge) 激光通信中繼係統。然而，有許多正在開發的任務將演示和測試額外的激光通信能力。

太字節紅外傳(chuan) 輸(TBIRD)立方體(ti) 衛星的有效載荷將演示激光下行速度為(wei) 200gbps，這是激光通信數據速率的新記錄。

LCRD的第一個(ge) 用戶將是空間站上的集成LCRD近地軌道用戶調製解調器和放大器終端(ILLUMA-T)。ILLUMA-T將為(wei) 軌道實驗室提供1.2 Gbps的數據速率，以便將正在進行的實驗的高分辨率圖像和視頻傳(chuan) 輸到地球上。

獵戶座阿耳特米斯II型光通信係統(O2O)終端將通過紅外光在地球和阿耳特米斯II型繞月宇航員之間提供超高清視頻傳(chuan) 輸。

2026年，普賽克任務將到達它的目的地——一顆距離地球1.5億(yi) 英裏的小行星。普賽克將攜帶深空光通信(DSOC)有效載荷，以測試激光通信應對深空探測帶來的獨特挑戰。

所有這些任務都將幫助航空航天界將激光通信標準化，以便在未來的任務中實施。有了激光的照耀，NASA可以從(cong) 太空收集到比以往更多的信息。