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美太空對(duì)地激光通信試驗(yàn)成功 “太空寬帶”潛力無限

星之球激光 來源:光電論壇2014-06-10 我要評(píng)論(0 )   

隨著美國激光通信科學(xué)光學(xué)載荷(OPALS)實(shí)驗(yàn)的成功,關(guān)于激光通信的話題也越來越熱門起來。太空的寬帶時(shí)代就要來了嗎? 美國航天局(NASA)6日宣布,該機(jī)構(gòu)5日利用激光束在3....

   隨著美國“激光通信科學(xué)光學(xué)載荷”(OPALS)實(shí)驗(yàn)的成功,關(guān)于激光通信的話題也越來越熱門起來。太空的寬帶時(shí)代就要來了嗎?

  美國航天局(NASA)6日宣布,該機(jī)構(gòu)5日利用激光束在3.5秒內(nèi)把一段時(shí)長(zhǎng)37秒的高清視頻從國際空間站傳送回地面,成功完成一項(xiàng)“可能根本性改變未來太空通信的技術(shù)演示”。實(shí)際上,人們對(duì)衛(wèi)星激光通信的研究已有很長(zhǎng)時(shí)間了,很多國家也進(jìn)行過試驗(yàn)和演示。激光通信和傳統(tǒng)的微波通信相比有很多優(yōu)勢(shì), 但需要克服的瓶頸也不少。短時(shí)間內(nèi),激光通信還無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)微波通信,但其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

  四大優(yōu)勢(shì)無可匹敵

  據(jù)美國航天局介紹,在這次試驗(yàn)中,他們利用極為細(xì)小的激光束傳輸數(shù)據(jù),速率可比現(xiàn)有基于無線電波的通信方式提高10倍到1000倍。“這就好比從撥號(hào)上網(wǎng)升級(jí)到了寬帶上網(wǎng)。”負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目的工程師波格丹·瓦伊德說。這項(xiàng)試驗(yàn)只用了3.5秒就成功傳回高清視頻,相當(dāng)于傳輸速率達(dá)到每秒50兆,而傳統(tǒng)技術(shù)需要至少10分鐘。

  一名不愿透露姓名的中國航天專家8日接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示,美國之前曾從月球探測(cè)器上向地面進(jìn)行過一次激光通信,又在地面完成過一次,這次通過國際空間站將高清視頻傳回來,表明激光傳輸技術(shù)是可行的,完全可以作為下一步進(jìn)行更高速率傳輸和實(shí)用性通信的技術(shù)基礎(chǔ)。這次試驗(yàn)證明,最主要的需求是可以滿足的,比如NASA與國際空間站之間進(jìn)行激光通信。

  這名專家介紹稱,激光通信最大優(yōu)勢(shì)在于通信容量大、速率高。因?yàn)榧す獾念l率比微波射頻高3-4個(gè)數(shù)量級(jí),作為通信的載波,具有更大的可用頻帶。第二項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在于功耗低。第三,激光通信的設(shè)備體積小、質(zhì)量輕。第四是保密性好,可有效防止竊聽并提高抗干擾能力。正是由于激光通信的眾多優(yōu)勢(shì),不少航天大國紛紛開展相關(guān)研究。美國早在上世紀(jì)90年代,就用航天飛機(jī)進(jìn)行了激光通信試驗(yàn)。法國人則進(jìn)行過衛(wèi)星之間的激光傳輸,解決了信號(hào)捕捉的問題。日本曾試驗(yàn)過光通信衛(wèi)星,掌握了基本的技術(shù)。中國也曾在“海洋-2號(hào)”衛(wèi)星上進(jìn)行過激光通信試驗(yàn)。

  三大瓶頸制約應(yīng)用

  這名專家稱,無論是從月球,還是從國際空間站往地面進(jìn)行激光傳輸都不可避免遇到大氣層衰減問題,從這次試驗(yàn)來看,這個(gè)問題應(yīng)該已獲得突破。激光在大氣中傳播時(shí),受到大氣的影響比較嚴(yán)重,云霧、雨雪以及塵埃都會(huì)極大地妨礙、吸收光波傳輸,因此,其全天候傳輸能力較差。而對(duì)于軍事任務(wù)而言,這一點(diǎn)將是十分致命的。

  第二是接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間瞄準(zhǔn)困難。激光束具有極高的方向性,目前只能通過機(jī)械裝置進(jìn)行定向,這也給發(fā)射和接收點(diǎn)之間的瞄準(zhǔn)帶來困難,這對(duì)發(fā)射和接收設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出了很高要求,而且操作也更為復(fù)雜。NASA承認(rèn),此次試驗(yàn)的一大挑戰(zhàn)是讓空間站發(fā)出的激光束“極度精確地”鎖定位于美國加州小鎮(zhèn)賴特伍德的地面站。NASA稱,由于空間站距地面400公里,運(yùn)行時(shí)速高,這一任務(wù)“好似在9米開外,于行走中始終用激光指針瞄準(zhǔn)某根頭發(fā)的末梢”。

  此外,遠(yuǎn)距離傳輸問題有待解決。此次激光通信試驗(yàn),空間站與地面之間的距離約400公里左右,而通信衛(wèi)星通常在3.6萬公里高的軌道上。因此這項(xiàng)技術(shù)想要實(shí)用,還需要克服遠(yuǎn)距離傳輸導(dǎo)致的信號(hào)衰減,以及信號(hào)延時(shí)等問題。

  “太空寬帶”的軍用潛力不可小視 

  專家認(rèn)為,盡管激光的空間傳輸受大氣損耗十分嚴(yán)重,但在大氣層外的衛(wèi)星之間以及衛(wèi)星與星際探測(cè)器之間則影響較小,因此,激光通信或許會(huì)率先應(yīng)用在這個(gè)領(lǐng)域。NASA就宣稱,這項(xiàng)技術(shù)可用于空間站和“好奇號(hào)”火星探測(cè)器之間的快速通信。一些中繼通信衛(wèi)星也可采用激光通信方式。一旦較好地解決了大氣損耗問題,未來偵察衛(wèi)星可利用這項(xiàng)技術(shù)將更多的地面圖像以更快的速度傳回地面,一顆衛(wèi)星將相當(dāng)于幾顆衛(wèi)星,甚至十幾顆衛(wèi)星。此外,激光通信還能夠進(jìn)行對(duì)潛艇通信,解決長(zhǎng)期以來困擾潛艇通信的一系列難題。

  這類最新的科技創(chuàng)新應(yīng)用成果值得關(guān)注,它往往代表了未來的技術(shù)方向和市場(chǎng)前景。首先,該實(shí)驗(yàn)的成功表明,美國人的科技創(chuàng)新依然是世界上最強(qiáng)大的。正是依靠其強(qiáng)大的科技創(chuàng)新能力,美國每次都能從經(jīng)濟(jì)危機(jī)中穩(wěn)步復(fù)蘇。其次,此項(xiàng)試驗(yàn)的成功,將在信息時(shí)代產(chǎn)生重大影響。它開辟了一個(gè)“太空寬帶”新領(lǐng)域,這完全是一個(gè)新的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域,新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。它會(huì)引導(dǎo)大量資金向該領(lǐng)域流動(dòng)。換句話說,美國的創(chuàng)新引領(lǐng)了大量資金的流向。最后,“太空寬帶”有著巨大的應(yīng)用前景,無論是在經(jīng)濟(jì)上、太空深空探索方面,還是在軍事上,都有著廣闊的前景。長(zhǎng)期來看,這一創(chuàng)新可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有地面的有線和無線信息傳播產(chǎn)生較大影響,從而導(dǎo)致其估值也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。

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