墨子號將傳回第一束激光

人類活動正在從地面向太空不斷延伸，最新的進展就是令人激動的「墨子號」通信衛星成功發射。「墨子號」搭載了5大有效載荷，有4種是量子通信相關，還有一種是上海光機所研製的空間高速相干激光通信分系統。

目前，通信系統星載通信終端已隨「墨子號」發射升空，地面通信終端也已成功安裝至新疆和北京的地面站，做好了迎接「墨子號」傳回地球的「第一束激光」的準備。

以下系列圖為上海光機應用研製的激光通信系統進行20km外場通信實驗的照片，所有圖片由實驗組提供。

圖 實驗進行中，綠光和紅光分別為通信的信標光

圖 紅點為地面通信端的信標光

圖 實驗中，模擬衛星通信端的靶點

圖 地面站望遠鏡

圖 「墨子號」空間激光通信試驗地面工作站

空間激光通信國內外進展

(1)德國TerraSAR-X/LCT計劃

2007年6月，德國研製的TerraSAR-X合成孔徑雷達衛星成功發射，首次在衛星上安裝了一個相干激光通信終端TSX-LCT(質量30kg，功耗130W)。

2008年2月，德國TerraSAR-X衛星與美國NFIRE衛星成功進行了首次相干激光通信試驗，距離4900公里的兩顆衛星成功地建立了光學鏈路，並實現了高達5.6Gbps的雙向數據傳輸，驗證了新一代相干激光通信的優越性能。

(2)歐空局的歐洲數據中繼系統(EDRS)計劃

在TerraSAR計劃的巨大成功後，ESA實施了EDRS計劃，在Alphasat系列高軌衛星上安裝激光通信終端。

2013年7月25日，Alphasat衛星成功發射，2014年成功實現雙向激光通信，這標誌著ESA在激光通信方面已從技術演示轉入應用階段。

(3)美國NASA深空計劃

NASA為了開展深空探測，一直積極研究地球和月球或者火星衛星之間的激光測距和通信融合的方案。

2013年10月20日，美國宇航局NASA的LLCD(Lunar Laser communication Demonstration)計劃成功實現了月球衛星LADEE與位於美國白沙基地的光學地面站之間的高速雙向激光通信試驗。

圖 美國LLCD計劃示意

下一步，NASA將在2017年發射"激光通信中繼演示衛星"(LCRD)，能夠在地球同步軌道與地面站間實現高達2.88Gbps的通信速率。

空間激光通信的未來

隨著航天技術的快速發展，空間傳輸的信息量正呈現爆炸式的增長，空間相干激光通信技術以其通信速率高、靈敏度高、保密性好、資源消耗低等優點成為了公認的新一代空間通信解決方案。在這個新興領域裡，國際競爭激烈，我們將努力在這個領域中力爭上遊。

這一次，我們在行動。

「墨子號」上更多的高精尖

(1)中科大潘建偉組的量子通信技術，包括高精度跟瞄、星地偏振態保持與基矢校正、星載量子糾纏源等;

(2)上海光機所：空間高速相干激光通信載荷;

(3)中科院光電技術研究所：四台光學地面站望遠鏡、量子通信可視化軟體系統;

(4)上海微小衛星工程中心：衛星平台的研製。

（來源：中國光學期刊）

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