星间激光通信：太空信息的“超级高铁”

　　在浩瀚的宇宙中，卫星、空间站和地面之间的信息传递，过去主要依赖无线电波。但随着人类对数据传输速度、容量和安全性的需求激增，传统微波通信已经无法满足人们的使用需求，而星间激光通信具有很大潜力，成为近年来自由空间高速数据传输领域的研究热点。

　　星间激光通信是一种基于自由空间光通信技术的高速率空间数据传输方案，通过调制激光载波，实现星间、星地及深空链路的信息交互。随着卫星及卫星网络对通信容量需求的增加，星间激光通信技术已成为卫星网络实现高速信息传输的核心技术。

　　星间激光通信具有以下特点：一是带宽更高，速度更快。激光的频率比无线电波高数万倍，可携带的数据量呈指数级增长。传统微波通信的传输速率约为1千兆比特/秒，而激光通信已实现百千兆比特/秒的速率。

　　卫星间双向激光通信示意图

　　二是抗干扰能力强，安全性高。激光束极窄，发散角仅微弧度级别，能量高度集中，几乎不会被其他信号干扰，也难以被中途截获。

　　三是激光通信系统与微波通信系统相比体积更小、功耗更低，更适合应用于航天领域。

　　随着卫星应用领域的扩展和各种卫星信息传输需求的大幅增加，未来人类势必要在卫星与卫星之间、卫星与地面之间建成一个覆盖全球的高速卫星通信网络。

　　美国SpaceX公司于2021年开始发射携带激光通信终端的低轨卫星，进行低轨卫星高速激光组网。目前，星链星座已部署数千颗卫星，且从V2版本星链卫星开始部署带有激光通信功能的卫星。

　　“星链”激光通信系统每天为客户传输超过42拍字节的数据，相当于4200万吉字节数据，峰值吞吐量达到5.6太比特/秒。SpaceX公司已申报超4.2万颗低轨卫星轨道资源，占据全球申请量的60%，为自身在低轨卫星通信星座的快速发展奠定了坚实基础。此外，国外的一网、柯伊伯等星座系统均已将卫星激光通信作为核心传输链路之一。

　　在当前强需求场景下，星间激光通信技术迎来了飞速发展阶段，逐渐成为大型星座运行的关键要素。未来，星间激光通信将从实验验证转向大规模工程应用，成为全球空间信息基础设施的核心支柱。

　　文章转载于：中国航天报·飞天科普周刊