当前,卫星遥感、通信等应用对星地数据传输提出了前所未有的需求。
传统微波通信受频谱资源限制,难以满足海量数据快速下传的要求。
星地激光通信因其高速率、大容量、抗干扰等优势,已成为实现超高速数据传输的最优解决方案,但其技术应用仍面临多重挑战。
中国科学院空天信息创新研究院团队近日利用自主研制的500毫米口径星地激光通信系统与中科卫星AIRSAT-02卫星,成功实现了120Gbps的星地激光通信传输。
这一成果是继2023年10Gbps、2025年60Gbps之后的又一重大突破,刷新了国内星地激光通信传输速率纪录。
从技术角度看,星地激光通信面临的核心难题在于复杂的传输环境。
卫星平台微振动、大气湍流扰动等多重因素会严重影响通信质量。
高频实时校正精度不足、超高速信号处理能力有限、非稳态大气信道高效传输困难等问题长期制约着该技术的应用效能。
空天院高级工程师李亚林用形象的比喻解释了难度所在:如果将星地激光通信比作在湍急河流上架桥,10Gbps传输相当于铺设单车道桥梁,而120Gbps传输则相当于建设多车道高速大桥,工程实现难度呈几何级增长。
为突破这些技术瓶颈,研究团队进行了系统的技术攻关。
一是优化强实时光学畸变校正算法,精准抑制大气湍流引起的高频扰动,确保微弱激光信号的稳定跟踪与高效耦合,实现信号"收得稳"。
二是深度应用信号损伤补偿技术,在数字域精准消除高速率信号的非线性畸变,通过抗大气湍流高效率激光通信空口协议,确保数据的低误码率,实现信号"收得对"。
三是改进非稳态大气信道自适应传输控制策略,有效解决快衰落信道下的数据吞吐瓶颈,最大化利用信道容量,实现信号"收得快"。
本次实验取得了显著成果。
星地之间成功实现了秒级捕获建链,建链成功率超过93%,最大连续通信时长达108秒,获取数据量达到12.656TB,并成功处理出高质量遥感影像。
这充分证明了120Gbps星地激光通信链路的稳定性和可靠性。
从应用前景看,这一突破具有重要意义。
塔县激光地面站是我国首个业务化运行的星地激光通信地面站,自2024年9月建成以来已承担多项业务化运行任务。
AIRSAT-02卫星于2024年9月成功发射,已与地面站完成了从60Gbps到120Gbps的快速升级。
这表明我国星地激光通信技术已从实验室阶段进入业务化应用阶段,具备了支撑大规模遥感数据下传、应急通信等实际应用的能力。
从10Gbps到120Gbps的跨越,折射出我国航天技术从跟跑到领跑的战略转型。
这项突破不仅是通信速率的量变,更是空间信息服务体系质的飞跃。
当星地激光通信如同太空中的"超级光纤"般高效可靠,人类对地观测的时空分辨率极限将被重新定义,而在这场深空信息高速公路的竞赛中,中国正稳步走向技术制高点。