《深空激光通信的优势及其需要克服的困难》

  • 来源专题:光电信息技术
  • 编译者: 王靖娴
  • 发布时间:2024-03-01
  • 【深空探测面临的困难】

    一是遥远的距离。在深空探测任务中,目标天体与地球的距离往往以“亿公里”为计量单位,这要求通信具备极高的信号强度和稳定性,以确保数据准确传输。

    二是信号衰减与干扰。随着传输距离增大,无线电信号会出现显著衰减,必然给通信带来极大的挑战。尤其在深空环境中,宇宙射线、尘埃等物质会对通信信号产生干扰,目标天体的磁场、电离层等也会破坏信号的传输稳定性。

    三是带宽限制与延迟。相比深空探测任务需求,通信带宽是有限的。探测器想要在有限的带宽内高效地传输数据,有必要采用先进的编码技术和压缩算法,提高数据传输速率。此外,由于距离限制,深空探测任务需要克服不容忽视的时间延迟,单次通信延迟数分钟或数小时是司空见惯的,近似实时通信则非常困难。

    四是能源限制与散热问题。探测器在有限的能源供给条件下长期执行深空探测任务,为了确保通信高效、稳定,需要采用低功耗的设备和技术。同时,通信设备运行会持续产生大量热量,如何有效散热也成为挑战。

    深空激光通信的优势】

    一,激光通信将信息编码在光子上,相比无线电波,近红外光波具有更窄的波长和更高的频率,使构建信息传输更加高效流畅的空间数据“高速公路”成为可能。

    二,激光通信技术对深空环境的适应性更强。激光的本质是原子受激发辐射出来的光子束,其中的光子具备高度一致的光学特性,方向性好,能量优势明显。凭借先天优势,激光可以更好地适应复杂的深空环境,构建起更稳定可靠的通信链路。

相关报告
  • 《NASA将启动深空光通信项目》

    • 来源专题:光电信息技术
    • 编译者:王靖娴
    • 8月8日,NASA宣布将于今年10月启动深空激光通信(DSOC)项目,该项目将测试激光如何加快数据传输速度,激光将远远超过目前太空中使用的射频系统的能力。 届时,NASA将使用“普赛克”(Psyche)飞船搭载DOSC近红外激光收发器发射升空,并抵达一颗富含金属的小行星中。按照计划,NASA将在两年时间内使用DOSC收发器与南加利福尼亚州的两个地面站进行通信操作演示,测试高灵敏度探测器、激光发射器和解码收发器从深空中发送信号的可行性。喷气推进实验室的DSOC项目技术专家Abi Biswas表示,DSOC项目旨在于深空中展示比传统通信链路高10-100倍的数据回传能力,或将成为改进太空通信能力的革命性技术。 “普赛克”上搭载的收发器采用了几项新技术,包括一个从未飞行过的光子计数相机,该相机连接在航天器侧面突出的8.6英寸(22厘米)口径望远镜上。收发器将自动扫描并“锁定”到由位于加州的光通信望远镜实验室传输的高功率近红外激光上行链路上。激光上行链路还将演示向收发器发送命令。 一旦“锁定”上行激光,收发器将定位200英寸(5.1米)Hale望远镜,该望远镜位于加州理工学院的帕洛马天文台。然后,收发器将使用其近红外激光器将高速数据传输到帕洛马天文台。航天器的振动可能会使激光偏离目标,而将收发器连接到“普赛克”上的最先进的支柱将会抑制这种振动。 为了接收来自DSOC收发器的高速率下行激光,Hale望远镜安装了一种新型超导纳米线单光子探测器组件。该组件是低温冷却的,因此可以检测到单个入射激光光子并记录其到达时间。 脉冲传输过程中,激光必须行进超过2亿英里(3亿公里)才能探测到微弱的信号,并对其进行处理以提取信息。 距离遥远,对技术演示又提出了另一个挑战:“普赛克”在太空中穿行得越远,光子到达目的地所需的时间就越长,从而产生长达数十分钟的延迟。当激光光子行进时,地球和航天器的位置将不断变化,因此需要补偿这种滞后。
  • 《DARPA发射4颗“黑杰克”卫星,将在轨开展自主数据处理和激光通信技术测试》

    • 来源专题:光电信息技术
    • 编译者:王靖娴
    • 发布时间:2023-07-12
    •     据SpaceNews网站6月13日报道,DARPA通过运输者-8号共享任务发射了4颗“黑杰克Blackjack”卫星。4颗卫星使用了雷神子公司蓝色峡谷制造的“土星级”商用卫星平台,并装备Pit Boss数据处理节点、“风暴王”射频载荷以及4个激光通信终端。黑杰克计划是DARPA于2017年开启的试验项目,旨在证明商业航天技术的军事应用效果。