我國(guó)500毫米口徑激光通信地面系統(tǒng)建成

中科院空天信息創(chuàng)新研究院自主研制的500毫米口徑激光通信地面系統(tǒng)在帕米爾高原完成部署，標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的星地激光通信地面站正式建成并進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)行階段。該站的建成打通了星地激光通信全鏈條業(yè)務(wù)流程，將進(jìn)一步推進(jìn)星地激光通信的工程化應(yīng)用，改變我國(guó)目前衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收僅靠微波地面站的現(xiàn)狀。

隨著我國(guó)航天技術(shù)的快速提升，衛(wèi)星技術(shù)呈現(xiàn)變革性發(fā)展的態(tài)勢(shì)。衛(wèi)星探測(cè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，但海量數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)下傳的問(wèn)題日益突出，制約了太空資源的高效利用。僅依靠設(shè)施規(guī)模擴(kuò)充和局部技術(shù)指標(biāo)提升無(wú)法滿足未來(lái)星地高速通信的需求，亟需創(chuàng)新技術(shù)體制以徹底解決星地通信速率瓶頸問(wèn)題。

星地激光通信以激光為載體，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的高速信息傳輸，是未來(lái)星地高速通信的重要手段。區(qū)別于傳統(tǒng)的微波通信，星地激光通信的優(yōu)勢(shì)在于可用頻譜資源豐富、帶寬可達(dá)數(shù)太赫茲，相較于微波通信提高了十倍到近千倍。如果將頻段比作道路，那么微波X頻段是單車道，微波Ka頻段是四車道，而激光可容納成百甚至上千車道。同時(shí)，激光通信系統(tǒng)重量輕、體積小、功耗低、保密性強(qiáng)，能夠滿足星地海量數(shù)據(jù)傳輸需求。

屹立在帕米爾高原的星地激光通信地面站

星地激光通信存在易受多云、雨雪等天氣和大氣湍流影響的問(wèn)題，而合理的站址選擇能在較大程度上降低復(fù)雜非穩(wěn)態(tài)大氣信道導(dǎo)致的光束質(zhì)量惡化，提高星地激光通信的性能和可用度。從我國(guó)大陸地理地形分布角度考慮，位于第一階梯的帕米爾高原地區(qū)具有平均海拔高、氣候干燥等特點(diǎn)，是優(yōu)良的站址地點(diǎn)。激光通信地面站所在的帕米爾高原慕士塔格峰區(qū)域大氣條件好、視寧度優(yōu)，可媲美世界一流光學(xué)站址，且氣候干燥少雨，全年均可開展星地激光通信任務(wù)，為星地激光通信的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供了優(yōu)良條件。

自2019年以來(lái)，空天院在帕米爾高原建設(shè)完成了星地激光通信地面站，包括位于海拔約4800米的科研區(qū)和位于海拔3300米的保障區(qū)。激光通信地面系統(tǒng)部署在科研區(qū)，運(yùn)維人員工作在保障區(qū)，未來(lái)將通過(guò)遠(yuǎn)程操作方式實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后突破了大氣信道預(yù)測(cè)及任務(wù)規(guī)劃調(diào)度、激光信號(hào)的快速捕獲建鏈和自適應(yīng)光學(xué)校正、復(fù)雜大氣條件下的無(wú)誤碼傳輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了夜間星地激光通信的常態(tài)化運(yùn)行。近期，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克了白天強(qiáng)大氣湍流、強(qiáng)背景光下的可靠星地激光通信難題，完成了白天星地激光通信業(yè)務(wù)化運(yùn)行試驗(yàn)。該工作將星地激光通信的可用時(shí)段提高了近一倍，進(jìn)一步支撐了星地激光通信地面站的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。