遠(yuǎn)望智庫技術(shù)預(yù)警中心：不會游泳的魚

摘要：為了滿足日益增長的大數(shù)據(jù)量、高速數(shù)據(jù)傳輸速率的需求，NASA、ESA、JAXA等航天機(jī)構(gòu)正在開啟空間激光通信技術(shù)的時代。各國紛紛在GEO-LEO，LEO-LEO，LEO-地面，以及地-月等不同軌道驗證了激光通信終端的在軌性能。本文介紹了國外開展的激光通信技術(shù)演示驗證試驗情況，分析了激光通信技術(shù)未來發(fā)展趨勢。期望通過該技術(shù)的研究，對我國激光通信技術(shù)的發(fā)展提供參考借鑒。

1 引言

隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，空間激光通信在全球通信中作用日漸明顯。空間激光通信，是利用激光單色性好、方向性強(qiáng)及功率密度大等良好的光束特性，實現(xiàn)以激光光波為載體在空間（包括近地的大氣空間、臨近空間、LEO/GEO、星際空間、深空等）信道之間進(jìn)行信息交換的通信方式。近年來，隨著科學(xué)任務(wù)高速數(shù)據(jù)下行的需求越來越大，射頻通信已難以滿足高速數(shù)據(jù)的通信需求。激光通信系具有傳輸速率更高、抗干擾性更強(qiáng)、體積更小等特點，在全球通信中的作用日趨明顯。本文主要探討激光通信的技術(shù)特點，分析了各國激光通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略規(guī)劃，重點研究了國外主要的幾項演示驗證試驗情況。通過本文對國外激光通信技術(shù)的研究，期望對我國在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到一定的啟示和借鑒作用。

2 激光通信的技術(shù)優(yōu)勢

空間激光通信是利用激光波長短、亮度高、高準(zhǔn)直特性實現(xiàn)飛行器之間高速數(shù)據(jù)交換的一種新方法，是有別于當(dāng)前廣泛采用的星間射頻通信的一種新手段，它具有以下四個方面的優(yōu)點：

數(shù)據(jù)傳輸率高，通信容量大。星間光通信其載波頻率在1013-1015Hz，比微波通信高出幾個數(shù)量級，單通道就可提供高達(dá)10Gbps量級以上的數(shù)據(jù)傳輸率，遠(yuǎn)大于目前微波通信幾百Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。通過波分復(fù)用可以達(dá)到數(shù)百Gbps以上。

較小的發(fā)射功率需求。光束發(fā)散角遠(yuǎn)小于微波通信的波束發(fā)散角，所以星間光通信的天線增益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微波通信。

較小的收發(fā)射天線和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。光通信的工作波長比微波通信工作波長小3~5個量級，其系統(tǒng)的重量和體積相對更小更輕。

高保密性和抗干擾能力。與射頻通信不同，激光通信是采用點對點的通信模式，因而具有高保密、抗干擾性強(qiáng)、截獲能力強(qiáng)的特點，所以在軍事領(lǐng)域起到越來越重要的作用。盡管激光通信應(yīng)用于軍事領(lǐng)域會受到一定的限制（大氣、全天候、戰(zhàn)場環(huán)境等），但將激光通信和射頻通信進(jìn)行復(fù)合模式工作，已經(jīng)成為未來軍事通信的趨勢。

下表給出了激光通信與微波通信的技術(shù)參數(shù)比對。

表1微波通信與激光通信系統(tǒng)的比較

3 國外激光通信演示驗證試驗

3.1 深空激光通信

3.1.1月球激光通信演示驗證（LLCD）

2005年，NASA委托MIT林肯實驗室開始進(jìn)行月球激光通信演示驗證試驗（Lunar Laser Communication Demonstration,LLCD）的研制，首次嘗試地基接收器與月球軌道器之間的高速激光通信。2013年，月球大氣與塵埃環(huán)境探測器（LunarAtmosphere and Dust Environment Explorer，LADEE）攜帶了LLCD通信終端發(fā)射升空。

2013年11月，試驗取得了較大成功，星上終端捕獲到了地面發(fā)射的信標(biāo)光并成功進(jìn)行了跟蹤。之后，分別進(jìn)行了下行622Mbps，上行20Mbps的通信試驗。而且驗證了在不同天氣條件下的鏈路建立。試驗發(fā)現(xiàn)，在薄云天氣、小地平角、近太陽條件下，通信終端都成功的建立了激光鏈路。并且在上行20Mbps的試驗中，首次實現(xiàn)了全程無誤碼傳輸?shù)慕Y(jié)果。這是人類歷史上月地之間通信上行鏈路的最好成績。相比目前微波通道的上行數(shù)據(jù)率僅為1~2 kbps，提高是巨大的。

圖1 LADEE的激光通信試驗

（1）試驗?zāi)繕?biāo)

• 驗證地-月距離（約為38萬公里）下的激光通信技術(shù)；
• 利用激光信道實時傳輸月球探測器的高清圖像數(shù)據(jù)。

（2）技術(shù)挑戰(zhàn)

• 遠(yuǎn)距離（380000km）
• 高數(shù)據(jù)率：上行10~20Mbps（目前月-地間微波通道速率上行 1~10Kbps）；下行：40~622Mbps；
• 驗證激光穿透薄云通信能力（Cloud Turbulence）；
• 驗證地面站之間切換技術(shù)；
• 驗證小地平角通信能力（SEP）；
• 驗證大地平角通信能力；
• 星上大數(shù)據(jù)量存儲與轉(zhuǎn)發(fā)能力（目前的星上轉(zhuǎn)發(fā)通道39Mbps）。

（3）方案設(shè)計

LLCD包括：星上終端（Lunar Laser Communication Space Terminal, LLST ）、地面終端（Lunar Laser Communication GroundTerminal, LLGT），以及操作中心（Lunar Laser CommunicationOperation Center，LLOC）。

星上終端總質(zhì)量32.8kg，功率136.5W，由光學(xué)艙、電子艙和調(diào)制解調(diào)艙三部分組成。主要技術(shù)指標(biāo)如下：

圖2 LADEE和激光通信終端

表2LLCD的指標(biāo)參數(shù)

LLCD試驗有三個地面接收系統(tǒng)，分別是MIT研制的LLGT（位于新墨西哥White Sands），JPL設(shè)計的OCTL（位于加州），ESA的LLOGS（位于西班牙Tenerife島）。

圖3 美國月地激光通信地面站分布圖

（上圖為MIT-LLGT，左下為 NASA-OCTL 右下為SPAIN-OGS）

LLGT為LLCD的主要地面終端，這是一個移動型地面接收系統(tǒng)。具有溫控外殼，高約4.5m，總質(zhì)量7t，與目前的無線電通信地面天線相比，尺寸和重量減少約75%。 LLCD 的目標(biāo)之一是演示驗證多孔徑合成光信號收發(fā)技術(shù)。

圖4 月球激光通信地面終端（LLGT）

3.1.2火星激光通信演示驗證（MLCD）

NASA于2003年開始執(zhí)行火星激光通信驗證（MARS Laser CommunicationDemonstration，MLCD）項目，目的是提供深空光學(xué)鏈路的早期經(jīng)驗。該項目由NASA／哥達(dá)德航天飛行中心（GSFC）管理，其星上子系統(tǒng)由麻省理工學(xué)院（MIT）林肯實驗室（LL）研制，而地面子系統(tǒng)則由JPL和MIT-LL共同研制。星上終端計劃在火星通信軌道器（MTO）上進(jìn)行飛行試驗，該任務(wù)原定于2009年10月發(fā)射。MLCD項目于2004年10月成功完成了系統(tǒng)要求評審，又于2005年3-5月完成了星上終端與地面終端的初步設(shè)計評審。后來由于NASA內(nèi)部的計劃變更，中止了MLCD項目。但是在MLCD項目進(jìn)行期間，深空光學(xué)通信要求的定義和設(shè)計是非常先進(jìn)的，該項目對于來自空間的波束穩(wěn)定化和在地面上的有效光子計算與日間操作等各項關(guān)鍵技術(shù)都進(jìn)行了開發(fā)。

（1）試驗?zāi)繕?biāo)

• 演示火-地下行光通信鏈路，在可行的條件下，數(shù)據(jù)率為10-100Mbps
• 使用激光下行通信鏈路傳輸火星探測器的科學(xué)數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通道
• 演示地球到火星的上行鏈路，數(shù)據(jù)率至少為10kbps
• 最后驗證并收集在不同鏈路距離及不同天氣情況下的光通信系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)

（2）技術(shù)挑戰(zhàn)

• 超遠(yuǎn)距離地-火通信（0.2AU ~ 2.7AU ）
• 高數(shù)據(jù)量需求：最大傳輸數(shù)據(jù) 1.1 Tbps/天（相當(dāng)于NASA 火星探測軌道器1天存儲數(shù)據(jù)量）；上行：100kbps~2Mbps；下行：0.7 - 260 Mbps
• 星上大數(shù)據(jù)量存儲與轉(zhuǎn)發(fā)能力（目前的星上轉(zhuǎn)發(fā)通道39Mbps）

（3）方案設(shè)計

MLCD包括星上終端（MLST）和地面移動終端（LLGT）兩部分。MLCD質(zhì)量38kg，平均功率不超過110W。下行鏈路最大速率260Mbps，上行鏈路最大速率2-292kbps，可抵抗20krad輻射。

圖5 MLCD鏈路示意圖及激光通信終端布局圖

星上終端（MLST）由光學(xué)機(jī)構(gòu)和電子控制機(jī)構(gòu)組成。光學(xué)機(jī)構(gòu)發(fā)射/接收口徑：30cm；束散角：15μrad；下行發(fā)射功率：0.5W。MSLT光學(xué)發(fā)射天線采用主動隔振的結(jié)構(gòu)設(shè)計，光學(xué)天線采用卡賽格倫鏡頭，底座進(jìn)行主動隔振。電子艙采用疊板結(jié)構(gòu)，共由四部分組成：高速數(shù)據(jù)調(diào)制單元、模擬電路處理單元、數(shù)字電路處理單元、二次電源單元。MLST構(gòu)型詳見下圖。

圖6 火星激光通信星上終端

地面終端包括兩個地面站，一個為Hale望遠(yuǎn)鏡，位于帕洛馬山(美國加利福尼亞州西南部)，接收口徑5.08m (200-inch)；第二個是LDES望遠(yuǎn)鏡，兩個轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)上安裝兩個口徑0.8m的望遠(yuǎn)鏡，通過光纖耦合形式進(jìn)行發(fā)射和接收光信號。

圖7 MLCD地面接收望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)（Hale）

圖8 MLCD 地面接收望遠(yuǎn)鏡多孔徑接收

3.2 星間激光通信

3.2.1半導(dǎo)體星間鏈路試驗（GEO-LEO）

半導(dǎo)體激光星間鏈路試驗（Semiconductor laser Inter satellitelink Experiment ，SILEX）是世界上首個星間激光通信鏈路。SILEX系統(tǒng)組成包括GEO 星上終端- ARTEMIS（ESA 2001）和LEO 星上終端- SPOT-4 （French 1998）。作為SILEX計劃重要組成部分，ARTEMIS搭載的激光通信終端成功同相距40000km遠(yuǎn)的SPOT-4之間建立了激光鏈路，數(shù)據(jù)以50Mb/s的速率從LEO發(fā)射到GEO。

圖9 左圖為SPOT-4上的星載終端，右圖為SPOT-4衛(wèi)星平臺

SILEX的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是：建立激光通信終端空間應(yīng)用；直接調(diào)制與檢測自由空間激光通信；高數(shù)據(jù)率：上行 20Mbps/下行：50 Mbps。SILEX的主要技術(shù)指標(biāo)：

表3SILEX通信鏈路指標(biāo)參數(shù)

3.2.2 ARTEMIS-OECETS（GEO-LEO）

2005年末，ARTEMIS又同JAXA光學(xué)通信工程試驗衛(wèi)星（Optical Inter-orbit Communication Engineering Test Satellite ，OICETS）成功進(jìn)行了自由空間軌道間激光通信試驗。星上搭載了由日本NEC 東芝空間系統(tǒng)公司研制的通信終端“激光利用通信設(shè)備”（Laser UtilizingCommunications Equipment，LUCE）。

（1）試驗?zāi)康?/span>

• 驗證大氣信道對相干鏈路的影響
• 分析星間和星地海量信息傳輸體制
• 驗證零差BPSK相干通信技術(shù)的性能
• 驗證系統(tǒng)的指向和跟蹤性能

（2）方案設(shè)計

LUCE通信終端包含光學(xué)艙和電子艙兩部分。光學(xué)艙包括一個安裝在兩軸驅(qū)動萬向架上的望遠(yuǎn)鏡，電子艙提供捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)的功能。光學(xué)天線如下圖所示，由一個直徑為26cm中央饋源的卡賽格倫望遠(yuǎn)鏡組成。其采用的通信方式為相干光通信，調(diào)制方式為BPSK方式，檢測方式為零差相干檢測。OICETS 通信鏈路指標(biāo)參數(shù)見下表，LUCE終端見下圖。

圖10 OICETS衛(wèi)星及其星上通信終端LUCE

表4ARTEMIS -OICETS通信鏈路指標(biāo)參數(shù)

2005年12月，ARTEMIS和OICETS進(jìn)行了星間激光通信鏈路試驗。本次試驗的不僅成功進(jìn)行了激光通信試驗，而且成功完成了JAXA和ESA之間雙向通信。2006年3月，LUCE終端與日本國家信息通信技術(shù)研究所地面光學(xué)站成功進(jìn)行了雙向光學(xué)通信實驗，同年6月，LUCE終端與德宇航移動光學(xué)地面站（OGS）之間實現(xiàn)了光通信實驗，在國際上首次實現(xiàn)低軌衛(wèi)星與光學(xué)地面站的激光通信試驗。本次試驗計劃的成功進(jìn)一步推動了星間通信以及深空探測中采用光通信技術(shù)的可能。

圖11 ARTEMIS-OICETS星間通信操作圖

3.2.3中繼激光通信演示驗證（GEO-地面）

繼月-地激光通信試驗（LLCD）之后，NASA進(jìn)行了激光通信中繼演示衛(wèi)星（Laser Relay CommunicationDemonstration -LRCD）項目，計劃2018年3月發(fā)射。LCRD主要任務(wù)是發(fā)射一顆攜帶激光通信終端的衛(wèi)星到同步軌道，建立同步軌道與地面站之間的通信鏈路。此次項目的主要關(guān)鍵技術(shù)大部分延續(xù)了月地激光通信技術(shù)。

圖12 LCRD激光通信鏈路體系架構(gòu)

（1）試驗?zāi)繕?biāo)

• 在GEO實現(xiàn)上行10M~20Mbps，下行2.88Gbps傳輸能力；
• 驗證深空激光通信關(guān)鍵技術(shù)。

（2）技術(shù)挑戰(zhàn)

• 驗證高軌以及近地軌道通信終端對地面終端捕獲技術(shù)；
• 星上大數(shù)據(jù)量存儲與轉(zhuǎn)發(fā)能力；
• 驗證調(diào)制解調(diào)以及跟蹤等技術(shù)；
• 驗證DPSK技術(shù)以及單光子計數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

圖13 衛(wèi)星平臺和星上通信終端

3.2.4TerraSAR-NFIRE（LEO-LEO）

DLR資助的著名項目LCTSX于2002年11月啟動，其目的是通過GEO與GEO、GEO與LEO以及GEO與地面站之間的激光鏈路驗證自由空間相干通信的可靠性。用于星間激光通信的兩個終端LCTs（Laser CommunicationTerminal），分別于2007年4月23日搭載美國的LEO衛(wèi)星NFIRE和2007年6月14日搭載德國的LEO衛(wèi)星TerraSAR-X發(fā)射升空。隨后，在2008年2月21日成功進(jìn)行了國際上首次星間相干激光通信實驗。

圖14 安裝在TerraSAR-X艙外的LCT系統(tǒng)

表5 LCTSX 通信計劃（LEO-LEO）- 數(shù)據(jù)率最高星間激光通信試驗

之后，ESA為了推進(jìn)星間激光通信的實用化，制定了歐洲數(shù)據(jù)中心衛(wèi)星（European Data RelaySatellite，EDRS）計劃：通過中繼星與地面站之間的微波通信，將星間高速光通信與地面通信連接起來形成一個混合式的通信網(wǎng)絡(luò)，目的是利用星間的高速激光通信來提升整個通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力。該計劃于2013年開始實施。

4 激光通信的關(guān)鍵技術(shù)

空間激光通信主要有以下幾點關(guān)鍵技術(shù)：

（1）大功率光源技術(shù)

鑒于空間光通信傳輸距離長及空間損耗大的特點，要求光發(fā)射機(jī)輸出功率大，且調(diào)制速率高。光源一般采用半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦的YAG固體激光器，既可作為信號光源，也可作為信標(biāo)光源。工作波長為0.8 -1.5μm近紅外波段。信標(biāo)光源應(yīng)能提供幾瓦量級的連續(xù)光或脈沖光，以便在大視場與高背景光干擾下，能快速、精確地捕獲和跟蹤目標(biāo)，可采用大功率單管或多管芯陣列組合以提高功率。通常信標(biāo)光的調(diào)制頻率為幾十赫茲至幾千赫茲，以克服背景光的干擾。信號光則選擇輸出功率為幾十毫瓦的半導(dǎo)體激光器，要求輸出光束質(zhì)量好、發(fā)散角小，調(diào)制頻率高（可達(dá)幾十GHz）。

（2）高靈敏度抗干擾的光信號接收技術(shù)

空間光通信系統(tǒng)中，光接收機(jī)收到的信號十分微弱，加之高背景噪聲場的干擾，導(dǎo)致接收端信噪比（S/N）<1。為了快速、精確地捕獲目標(biāo)和接收信號，通常采取兩方面的措施：一是提高接收端機(jī)的靈敏度，二是對所接收信號進(jìn)行處理。在光信道上采用光窄帶濾波器(干擾濾光片或原子濾光器等)，以抑制背景雜散光的干擾，在電信道上則采用微弱信號檢測與處理技術(shù)。

（3）精密、可靠及高增益的收發(fā)天線

為完成系統(tǒng)的雙向互逆跟蹤，空間光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)合一天線，隔離度近100%的精密光機(jī)組件。由于半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量一般較差，要求天線增益要高。另外，為適應(yīng)空間系統(tǒng)，天線（包括主副鏡，合束、分束濾光片等光學(xué)元件）總體結(jié)構(gòu)要緊湊、輕巧、穩(wěn)定可靠。目前天線口徑一般為幾厘米至25 cm。

（4）高靈敏度抗干擾接收機(jī)技術(shù)

星間距離可長達(dá)4萬km，而激光波束的強(qiáng)度是按距離的平方遞減的，也就是說衰減可能達(dá)到-152 dB。接收機(jī)要有超高的靈敏度才行，否則背景輻射等噪聲產(chǎn)生的誤碼率將使接收機(jī)無法接收。目前，除提高檢測器本身靈敏度外，還在探討外差接收及糾錯編碼等途徑。

（5）精確的瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤（PAT）技術(shù)

激光信標(biāo)發(fā)射的光束很窄，在相距極遠(yuǎn)（4萬km）的兩衛(wèi)星之間，必須保證信標(biāo)的發(fā)射波束能夠覆蓋接收機(jī)的接收天線，接收端能夠捕捉并跟蹤發(fā)射端的窄光束。由于姿態(tài)監(jiān)測控制系統(tǒng)誤差、參照系計算誤差以及其它系統(tǒng)誤差的存在，在收發(fā)雙方互相對準(zhǔn)之后總有一個不確定角。為了緩解對空間瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤系統(tǒng)苛刻的要求，同時加快通信鏈路建立速度，接收機(jī)的視場角一定要寬，為幾毫弧度，靈敏度為-110 dbW，跟蹤精度為幾十毫弧度。然而，這樣接收的背景輻射功率就會迅速上升，掩埋其中的信標(biāo)信號。解決這一問題的關(guān)鍵在于接收機(jī)中使用超窄帶寬、高透射率的光學(xué)濾波器。

系統(tǒng)完成目標(biāo)捕獲后，對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和實時跟蹤。通常采用四象限紅外探測器QD或Q-APD高靈敏度位置傳感器來實現(xiàn)，并配以相應(yīng)的電子學(xué)伺服控制系統(tǒng)。精跟蹤要求視場角為幾百微弧度，跟蹤靈敏度為-90 dbW，跟蹤精度為幾微弧度。太陽光為地球表面的云層、積雪和海洋反射所產(chǎn)生的強(qiáng)烈背景輻射。對于GEO和LEO之間的通信鏈路建立，這是一個巨大的挑戰(zhàn)（此外還有太陽、月亮、金星等天體的背景輻射）。

5 激光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 激光通信技術(shù)由技術(shù)驗證向工程應(yīng)用階段發(fā)展

激光通信技術(shù)正在由技術(shù)驗證階段、技術(shù)定型階段向工程應(yīng)用階段方向發(fā)展。其技術(shù)發(fā)展方向如下：

l 技術(shù)驗證階段（2012-2014）：演示驗證星上終端技術(shù)、星地對接技術(shù)；

l 技術(shù)驗證階段（2012-2014）：建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，包括：與平臺的數(shù)據(jù)交換技術(shù)；瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤（Pointing，Acquiring and Tracking，PAT）技術(shù)；數(shù)據(jù)編碼技術(shù)（OOK/PPM、BPSK、DPSK）；高速光信號調(diào)制和解調(diào)技術(shù)等；新型的輕量化終端結(jié)構(gòu)技術(shù)。

l 工程應(yīng)用階段（2020-2025）：光學(xué)終端研制、光學(xué)終端飛行驗證。

5.2 通信速率由低碼速率向高碼速率方向發(fā)展

通信速率不斷提高，從最初的2Mbps已經(jīng)發(fā)展到當(dāng)前的Gbps量級，將來的規(guī)劃已經(jīng)達(dá)到幾十Gbps量級，逐漸發(fā)揮空間激光通信的技術(shù)優(yōu)勢。早期激光通信主要集中在800nm光波波段，該波段各種技術(shù)相對成熟、器件性能可靠、成本較低，但是其主要的缺點是在該波段上應(yīng)用的激光器及Si-APD探測器帶寬有限。因此，通信碼率較低，一般小于1Gbps。目前，采用1550nm波段進(jìn)行激光通信，可以充分利用1550nm波段激光發(fā)射、接收組件高帶寬的特點，并將地面光纖成熟技術(shù)直接應(yīng)用到通信上，實現(xiàn)通信碼率的提高。

5.3 激光通信與激光測距復(fù)合使用

由于激光測距與激光通信在系統(tǒng)組成、信號捕獲、處理方式等具有一定的相似性，因此，可以把它們復(fù)合到一起，實現(xiàn)一個功能整體，完成測距與通信功能。2005年John J．Degnan提出SLR2000衛(wèi)星激光測距站的改造方案，將激光測距和激光通信結(jié)合起來，這是復(fù)合系統(tǒng)的最初構(gòu)想。此后，俄羅斯完成在軌通信/測距復(fù)合實驗。2013年美國進(jìn)行的月地激光通信試驗，就帶有測距功能。歐洲LISA(Laser InterferometerSpace Antenna)通過距離精密測量反演地球重力波場，相干激光外差完成超遠(yuǎn)距離下精密距離測量，同時兼具通信功能。

5.4 深空將成為激光通信應(yīng)用的重要場所

隨著對科學(xué)任務(wù)返回速率要求的不斷提高，自由空間光學(xué)通信對于滿足來自深空的高數(shù)據(jù)速率鏈路具有很大的潛力，未來深空領(lǐng)域?qū)⒅鸩綉?yīng)用光學(xué)通信。光學(xué)通信將能滿足未來科學(xué)儀器所需的傳輸速度。例如，火星勘測軌道器（MRO）最大傳輸速率是6Mbps（目前火星探測任務(wù)的最高傳輸速率），大約需要7.5小時清空在軌記錄器，需要1.5小時傳輸一張高分辨率照片至地球。而光學(xué)通信的傳輸速率將提升到100 Mbps，僅需26分鐘清空記錄器，傳輸同樣照片的速度僅為5分鐘。所以，對于未來深空科學(xué)任務(wù)而言，研制新型的高速傳輸終端需求迫切性不言而喻。

6 結(jié)束語

激光通信能夠突破射頻通信傳輸速率低的瓶頸，其通信終端具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點，能在降低部署空間探測器成本的同時，為實時通信和3D高清視頻提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的傳輸質(zhì)量。此外，在未來星間、星地，以及面向深空的空間通信主干網(wǎng)中，大容量數(shù)據(jù)傳輸通道一定會是由光通信技術(shù)來實現(xiàn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。