我國(guó)星地激光通信邁入“120Gbps”時(shí)代

1月30日，從中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“空天院”）獲悉，中科衛(wèi)星AIRSAT-02衛(wèi)星與新疆塔縣激光地面站成功完成120吉比特每秒（Gbps）超高速星地激光通信業(yè)務(wù)化應(yīng)用試驗(yàn)。此次試驗(yàn)不僅刷新了我國(guó)星地激光通信速率紀(jì)錄，更標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域從技術(shù)驗(yàn)證邁向穩(wěn)定、高效、可規(guī)模部署的業(yè)務(wù)化新階段。

空天院塔縣激光地面站

本次實(shí)驗(yàn)在空天院新疆塔縣激光地面站完成，實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星AIRSAT-02衛(wèi)星由中科衛(wèi)星科技集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)研制，北京融為科技有限公司負(fù)責(zé)該衛(wèi)星的星地激光通信終端設(shè)計(jì)與研制。

AIRSAT-02衛(wèi)星于2024年9月發(fā)射入軌，2025年1月已成功實(shí)現(xiàn)60Gbps星地激光通信。

令人矚目的是，本次120Gbps的突破并非依賴新硬件升級(jí)，而是通過“在軌軟件重構(gòu)”技術(shù)，在不改動(dòng)衛(wèi)星任何物理設(shè)備的前提下，深度挖掘現(xiàn)有激光通信載荷的性能極限，將星地激光通信碼速率從60Gbps大幅提升至120Gbps，并開展了大量業(yè)務(wù)化運(yùn)行驗(yàn)證工作。這一成果充分體現(xiàn)了我國(guó)在智能衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)與在軌自主優(yōu)化能力上的領(lǐng)先水平。

試驗(yàn)期間，星地鏈路實(shí)現(xiàn)秒級(jí)快速捕獲建鏈，成功率超過93%，最長(zhǎng)連續(xù)通信時(shí)長(zhǎng)達(dá)108秒，有效驗(yàn)證了超高速率下鏈路穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性。

星地激光通信雖具備帶寬大、抗干擾強(qiáng)、保密性好等優(yōu)勢(shì)，但其工程實(shí)現(xiàn)極為復(fù)雜。衛(wèi)星高速運(yùn)動(dòng)、平臺(tái)微振動(dòng)，加上大氣湍流對(duì)激光束的劇烈擾動(dòng)，使得建立并維持一條穩(wěn)定、高速的光通信鏈路如同“在狂風(fēng)中穿針引線”。

空天院高級(jí)工程師李亞林形象比喻：“10Gbps像是在湍急河流上架單車道橋，而120Gbps則相當(dāng)于建設(shè)多車道高速大橋——不僅要快速架通，還要確保各車道并行高效通行。”

為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，科研團(tuán)隊(duì)突破三大核心技術(shù)：一是研發(fā)高精度實(shí)時(shí)校正算法，有效抑制大氣湍流引起的光束漂移，實(shí)現(xiàn)“收得穩(wěn)”；二是采用先進(jìn)補(bǔ)償機(jī)制與低誤碼通信協(xié)議，顯著提升數(shù)據(jù)完整性，做到“收得對(duì)”；三是改進(jìn)自適應(yīng)傳輸策略“收得快”，最大化利用信道容量，保障了每秒120吉比特的極速傳輸。

隨著遙感、氣象、導(dǎo)航等天基系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)微波數(shù)傳鏈路已難以滿足實(shí)時(shí)回傳需求。120Gbps激光通信的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，將極大緩解衛(wèi)星“數(shù)據(jù)下不來(lái)”的瓶頸，為災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)、全球環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市等應(yīng)用場(chǎng)景提供分鐘級(jí)甚至秒級(jí)的遙感服務(wù)支撐。

空天院中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站主任黃鵬指出，此次成功試驗(yàn)表明，星地激光通信已具備支撐未來(lái)海量空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵哪芰ΑｋS著全國(guó)激光地面站網(wǎng)絡(luò)的逐步布設(shè)和技術(shù)持續(xù)迭代，激光通信有望成為連接天基星座與地面光纖網(wǎng)絡(luò)的“高速樞紐”，加速構(gòu)建覆蓋全球、高效協(xié)同的天地一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施。