跨越1600万千米的激光！美国国家航空航天局宣布实现史上最远距离的激光通信

美国国家航空航天局（NASA）近日宣布，其深空光通信（DSOC）实验成功向加州理工学院帕洛马山天文台的Hale望远镜发射了近红外激光，并对测试数据进行了编码处理。这项跨越近1600万千米的近红外激光实验，创造了迄今为止距离最远的光通信演示记录。

最近发射的Psyche航天器正前往火星与木星之间的主要小行星带，位于Psyche上的DSOC项目，计划在其两年的技术演示期间，向地球传送高带宽的测试数据。NASA喷气推进实验室（JPL，以下简称NASA实验室）负责DSOC和Psyche项目的管理。

11月14日凌晨，DSOC的飞行激光收发器成功锁定了从加利福尼亚州桌山天文台光通信望远镜实验室发射的强大上行激光信标，实现了“第一束光”的光通信演示。2022 年 12 月 8 日，美国宇航局的 Psyche 航天器在佛罗里达州肯尼迪航天中心附近的 Astrotech 太空运营设施的洁净室中展出（图1）。可以看到，DSOC的金顶飞行激光收发器位于航天器中心附近的位置。

图1 Psyche航天器

上行信标协助收发器准确地将下行激光对准位于桌山以南约130千米的帕洛马山。同时，收发器上的自动化系统与地面站共同细致调整其指向。NASA总部的技术演示主任Trudy Kortes表示：“成功传输第一束光是DSOC未来数月的众多关键里程碑之一。这为未来以更高数据速率传输科学信息、高清图像及流媒体视频的通信技术铺平了道路，从而支持人类的下一个巨大飞跃：登陆火星。”

测试数据通过上行和下行链路的激光器同步发送，这一过程被称作“闭环链路”，是实验的主要目的之一。虽然这项技术演示并未传输Psyche任务的数据，但它与Psyche任务团队紧密合作，确保DSOC的操作不会影响航天器的正常运作。

NASA实验室DSOC项目运营主管Meera Srinivasan表示：“周二上午的测试是地面设备和飞行收发器的首次完全整合，这要求DSOC和Psyche运营团队进行紧密协作。这是一项艰巨的挑战，尚有许多工作待完成。不过，我们在短时间内已成功传输、接收并解码了部分数据。”

在实现这一成就之前，项目团队需完成多个里程碑任务，包括移除飞行激光收发器的保护罩和为仪器供电等。与此同时，Psyche航天器也在进行自身的检测，包括为其推进系统供电并测试那些将于2028年抵达Psyche小行星时使用的仪器。

随着第一束光的成功发射，DSOC项目团队现在将致力于完善控制收发器上下行激光指向系统。一旦取得成功，该项目便能开始展示如何在离地球不同距离的地方维持从收发器到帕洛马山的高带宽数据传输。

这些数据以“比特”的形式编码在激光的光子中。利用一种特殊的超导高效探测器阵列，一旦探测到光子，就会应用新的信号处理技术从Hale望远镜接收到的单个光子中提取数据。

DSOC实验旨在证明其数据传输速率比目前航天器使用的最先进射频系统高出10到100倍。无线电和近红外激光通信都通过电磁波传输数据，但近红外光以更紧密的波束打包数据，使地面站能够接收到更多信息。这一进步将极大助力未来的人类及机器人探索任务，并支持更高分辨率的科学仪器应用。

图2 光通信望远镜实验室的DSOC地面激光发射器操作员

NASA空间通信和导航（SCaN）项目高级通信和导航技术部主任Jason Mitchell博士说：“光通信对那些总是希望从太空任务中获得更多成果的科学家和研究人员来说是一个福音，它将使人类探索深空成为可能。更多的数据意味着更多的发现。”

虽然光通信已经在近地轨道和月球上进行了演示，但DSOC是第一次在深空进行测试。就像用激光笔追踪一英里外移动的硬币一样，将激光束瞄准数百万英里之外需要极其精确的“指向”。

征稿范围：包括但不限于星间激光通信技术、星地激光通信技术、星海激光通信技术、深空激光通信技术、光学瞄准捕获跟踪技术、可见光通信技术、激光通信时频一体化技术、激光通信感知一体化技术、光学/射频通信一体化技术、新型激光通信体制、激光通信组网技术、 星载光交换和星载光信息处理等，非常欢迎卫星互联网激光通信技术相关的新原理、新技术、新应用的相关论文！

截稿日期：2023年12月31日

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