地月“信息高速路”通了！記者26日從中國科學院空間應用工程與技術中心獲悉，我國地月激光通信試驗任務取得重要突破，成功在超過40萬公里的地月距離上建立起雙向激光鏈路，首次實現地月雙向高速激光通信。這標志著我國空間激光通信正式從近地軌道邁入地月空間。
地月尺度雙向激光通信示意圖
空間激光通信是一種利用激光傳輸信息的通信方式，具有帶寬大、速度快、方向準、保密性好等優勢。但距離越遠，技術挑戰越大。中國科學院空間應用工程與技術中心研究員楊雷說：“深空激光通信一直扛著三座大山：距離動輒幾十萬公里，光束極難精準對準；信號傳到地面時已經弱得幾乎收不到；傳輸速度也一直提不上去。”
首先難在“瞄準”。地月間通信好比在40萬公里外，將一束極細的光線精準穿過一個高速運動的“針孔”。發射端哪怕出現極其微小的角度偏差，抵達目標附近時也會產生數公里的位置誤差。為此，科研團隊想出了一套新辦法：綜合考慮衛星軌道、望遠鏡安裝誤差、大氣折射、激光飛行時間等各種因素，讓天上的衛星和地面的望遠鏡在運動中始終對準，確保激光能精準照到預定位置。
解決了“瞄準難”，新的問題又來了：激光跑完40萬公里到達地面時，已經微弱到只剩幾個光子。地面望遠鏡能收到的信號少得可憐，而月光、星光、城市燈光還會混進來搗亂。為此，團隊用上了能探測單個光子的“超靈敏探測器”，并開發了一套復雜的信號識別算法，硬是從海量噪聲中把有效信號“撈”了出來。這就好像在千里之外喧囂嘈雜的鬧市中，準確聽清一根針落地的聲音。
信號能收到了，傳輸速度也得跟上。團隊通過技術攻關，大幅提升了數據處理效率。此次試驗初步實現上行1.25Mbps（兆比特每秒）、下行100Mbps的通信速率。楊雷舉例說：“以一幅8K月面高清圖像為例，用傳統5Mbps微波鏈路下傳約需4到5分鐘；換成百Mbps激光通信后，只要約12秒。”
“目前地月之間的‘信息高速路’已經打通，未來我們將會獲取到更多、更有原創價值的科學數據。”楊雷表示，相關技術還將為我國載人登月、月球科研站建設和深空探測提供高速信息傳輸的新手段。
據悉，這項任務由中國科學院空間應用工程與技術中心牽頭，聯合之江實驗室、中國科學院云南天文臺、中國科學院上海微系統與信息技術研究所等單位，依托一顆運行在遠距離逆行軌道上的衛星（DRO-A）實施。（記者 陸成寬 中國科學院空間應用中心供圖）
轉自：科技日報
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