近日，中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所聯(lián)合北京郵電大學(xué)、航天五院西安分院、空天信息大學(xué)、光郵星空等單位，共同在麗江高美古觀測(cè)站進(jìn)行了星地激光通信試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一項(xiàng)里程碑式突破。利用自主研制的1.8米激光通信地面站，團(tuán)隊(duì)成功與地球同步軌道衛(wèi)星建立了穩(wěn)定激光鏈路，實(shí)現(xiàn)了最遠(yuǎn)距離40740.96公里條件下，上行與下行對(duì)稱1 Gbps的雙向高速通信，并創(chuàng)造了4秒快速建鏈、鏈路不間斷維持超過(guò)3小時(shí)的紀(jì)錄。這標(biāo)志著我國(guó)在高軌星地激光通信領(lǐng)域，成功打通了上下行對(duì)稱的1Gbps實(shí)時(shí)傳輸通道，系統(tǒng)性攻克了超遠(yuǎn)距離下高速雙向交互與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定保持的工程難題，為構(gòu)建未來(lái)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)邁出了關(guān)鍵一步。

麗江高美古觀測(cè)站1.8米激光通信地面站

目前，國(guó)際星地激光通信的研究主要沿著兩個(gè)關(guān)鍵方向深化：一是追求極致的單向下行峰值速率，以滿足特定場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)洪峰回傳需求；二是攻克高軌環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定、雙向?qū)崟r(shí)的通信能力，這被視為實(shí)現(xiàn)天基系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行與高級(jí)交互應(yīng)用的基礎(chǔ)。本次試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著我國(guó)在后一方向上取得了引領(lǐng)性突破。本次試驗(yàn)在更具挑戰(zhàn)的高軌平臺(tái)上，將穩(wěn)定通信時(shí)長(zhǎng)從“分鐘級(jí)”推向了“小時(shí)級(jí)”（>3小時(shí)），并確保了上下行“航道”同時(shí)具備1Gbps的實(shí)時(shí)通行能力。這意味著衛(wèi)星不僅能“高速下傳”數(shù)據(jù)，更能“實(shí)時(shí)接收”復(fù)雜指令，為高軌衛(wèi)星從“數(shù)據(jù)中繼站”升級(jí)為“智能處理樞紐”奠定了基礎(chǔ)。

地面站與衛(wèi)星建鏈過(guò)程

要在4萬(wàn)公里外維持一條數(shù)小時(shí)不中斷、且上下行對(duì)等的高速“光纜”，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。團(tuán)隊(duì)通過(guò)多項(xiàng)技術(shù)的深度集成，為超遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)交互構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基座。

對(duì)話的前提是彼此“看見”與“瞄準(zhǔn)”，大口徑捕獲與同軸引導(dǎo)就是開啟深空對(duì)話的鑰匙。地面端，1.8米激光通信地面站如同一只敏銳的“深空之眼”，極大提升了捕獲來(lái)自4萬(wàn)公里外微弱信號(hào)的能力。與此同時(shí)，上行鏈路的信標(biāo)光與信號(hào)光同軸發(fā)射系統(tǒng)，則如同一位高效的“太空信使”，其信標(biāo)光率先被衛(wèi)星捕獲并鎖定，從而在數(shù)秒內(nèi)建立起一條精確對(duì)準(zhǔn)的雙向通信通道。

為確保雙向“航道”的穩(wěn)定與暢通，團(tuán)隊(duì)為上下行鏈路提供了針對(duì)性的穩(wěn)固保障。上行鏈路的可靠性，核心在于高精度的指向閉環(huán)控制，通過(guò)信標(biāo)光實(shí)現(xiàn)的微弧度級(jí)動(dòng)態(tài)跟蹤與實(shí)時(shí)補(bǔ)償，確保了1Gbps信號(hào)光能夠持續(xù)、精準(zhǔn)地投射向衛(wèi)星。對(duì)于下行鏈路，則融合了高階自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)與模式分集相干接收技術(shù)，前者實(shí)時(shí)校正大氣湍流造成的信號(hào)波前畸變，后者智能合成多路信號(hào)以抑制衰落，共同確保了下行數(shù)據(jù)流的清晰、穩(wěn)定與高速傳輸。

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)下行信號(hào)光畸變波前的校正效果

本次成功的意義，遠(yuǎn)不止于刷新紀(jì)錄。它驗(yàn)證了一系列通向更宏大未來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)：

具備長(zhǎng)時(shí)、穩(wěn)定、雙向能力的高軌衛(wèi)星，可轉(zhuǎn)型為強(qiáng)大的“天基數(shù)據(jù)交換機(jī)”。未來(lái)，它可同時(shí)連接多顆低軌遙感衛(wèi)星，在軌匯聚處理數(shù)據(jù)后高速下傳，形成“高軌中繼、低軌采集”的高效模式，作為“理想樞紐”推動(dòng)構(gòu)建天地組網(wǎng)。

1.8米激光通信地面站成功捕獲并跟蹤極高軌的微弱信號(hào)，保障了邁向深空通信的“前置演練”的順利實(shí)行，直接驗(yàn)證了深空通信地面站的核心能力。這項(xiàng)技術(shù)是未來(lái)與月球、火星乃至更遠(yuǎn)探測(cè)器建立高速激光鏈路的寶貴儲(chǔ)備。

地面站和衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)在長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)的真實(shí)環(huán)境下表現(xiàn)出的卓越可靠性，標(biāo)志著相關(guān)技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)邁向“可業(yè)務(wù)化運(yùn)行”的新階段，為未來(lái)規(guī)模化應(yīng)用提供了成熟的工程范本。

每一次對(duì)極限的挑戰(zhàn)，都在拓寬人類認(rèn)知與能力的邊界。本次高軌星地雙向高速激光通信的突破，不僅鋪設(shè)了一條連接天地的穩(wěn)定“高速天路”，更為我們打開了通向智慧地球、立體化網(wǎng)絡(luò)乃至更遙遠(yuǎn)深空的無(wú)限可能。