美演示迄今最快行星際激光通訊：每秒達622M

藝術示意圖：正在軌道運行的美國宇航局“月球大氣與塵埃環境探測器”(LADEE)

據美國宇航局網站報道，由美國宇航局埃姆斯研究中心負責主管的“月球大氣與塵埃環境探測器”(LADEE)上搭載了一台空間激光通信實驗載荷，名為“月球激光通訊演示”(LLCD)。這台設備日前開始運行，向我們展示了在地球之外進行激光雙向通訊是可行的，也讓未來進行大量數據的星際激光傳輸成為可能。這項技術未來將可以讓深空探測器得以直接向地球發送立體高清視頻影像。

LLCD設備主管唐·康沃爾(Don Cornwell)表示：“LLCD設備的目標是驗證並建立我們對這項技術的信心，這樣在未來的項目中才會考慮將其投入應用。”他説：“這項由麻省理工學院林肯實驗室開發的獨特技術擁有令人難以置信的應用前景，我們非常高興能將其裝載到衞星上。”

從美國宇航局最初開展航天活動以來，不管是載人登月，航天飛機項目還是所有的自動探測飛船，所有這些項目的通訊手段都是無線電，即所謂“RF”。但這項手段的侷限性正逐漸顯現，因為在任務期間需要傳輸的數據量正不斷攀升。而空間激光通信技術的發展將賦予美國宇航局新的能力，從而能夠讓飛船發回分辨率更高的圖像，甚至從深空直接傳回立體的高清視頻錄像。

LLCD是美國宇航局首次開展的利用激光替代無線電波進行雙向空間通訊的試驗系統。康沃爾表示：“相比目前最先進的無線電通訊設備，LLCD將可以使用比前者小25%的功率，傳輸比前者多出6倍的數據量。並且相比無線電波，激光通訊受到的干擾更小，也不容易發生擁堵現象。”

此次LLCD實驗是在美國宇航局的LADEE飛船上開展的，這是一項設計壽命100天，由美國宇航局埃姆斯研究中心負責飛船的設計，建造，組裝，測試以及最後的運行控制。LADEE將驗證，當年數次阿波羅計劃期間有宇航員反映在月球地平線上看到的神秘閃光現象，是否的確是由於懸浮的月球塵埃引發的，除此之外還將對月球稀薄的大氣開展考察。

在近日開展的實際驗證中，LLCD設備在38.5萬公里的距離上，達到了622兆每秒的下載速度，上載速度也達到每秒20兆，從而創造了行星際數據通訊的速度新紀錄。

美國宇航局的工程師們表示，這一下載速度比目前最先進的無線電通訊手段的最大傳輸速率還要快6倍以上，而其上傳的速度則更是比目前的設備要快5000倍以上。

LADEE飛船花費30天時間飛行之後已經順利進入月球軌道，在那之後進行了短暫的設備調試，LLCD隨後啓動，並將持續運行約30天左右。

LLCD的主要任務是以每秒數億比特的速度從月球向地球發送數據。這相當於同時傳輸100部高清電視頻道信號。LLCD的上傳信號也達到了每秒數千萬比特，這些測試將為未來建立星際寬帶傳輸奠定技術基礎。

美國宇航局在位於美國新墨西哥州白沙測試場建立了地面接收站，用於接收來自LLCD的信號。一個麻省理工學院的小組設計，製造並測試了這些用於信號接收的終端設備。該小組的成員也將在白沙試驗場直接負責信號的接收工作。

除此之外還有兩外兩處地點，分別是位於美國加州的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)，該機構只負責接收信號。另外一處地點是由歐洲空間局(ESA)負責提供，位於西班牙在非洲的海外領地加那利羣島。這裏將具備與LLCD設備之間的雙向通訊能力。康沃爾表示：“多個地點將幫助我們最大程度減少由於雲層等干擾因素而導致的意外情況。”

LLCD是一項短期試驗項目，其將作為美國宇航局未來長期驗證項目“長距離通訊中繼驗證”(LCRD)的預先項目。它同時也是美國宇航局的“技術展示任務”項目的一部分，該項目旨在開發那些能夠在太空極端環境下應用的尖端科技。按照目前的計劃，LCRD將於2017年前後發射升空。

美國宇航局的工程師們相信這項技術未來將極大擴展地球之外星際空間的通信便利性。在過去，美國宇航局便曾經嘗試過利用一些單獨的脈衝信號向運行在木星，火星和水星的飛船發送信號。

而在近期，美國宇航局的工程師們還嘗試着將一幅達芬奇的名作《蒙娜麗莎》發送給了正在月球軌道運行的“月球勘測軌道器”(LRO)。康沃爾表示：“但這還是在每秒數百比特的速度條件下進行的，而LLCD將是首個光通訊系統，它將以比這快數百萬倍的速度進行數據傳輸。”

在此之前歐洲空間局已經在地球軌道上驗證了不同衞星之間進行激光通訊的可行性。就在不久之前歐洲人發射了一顆名為“α衞星”(Alphasat)的試驗衞星，並驗證了從近地軌道上與另一顆運行在地球靜止軌道上的衞星之間開展激光通訊的可信性。而相比歐洲的此次實驗，美國人的LLCD設備的通訊帶寬將是前者的10倍。

美國宇航局正尋求將激光通訊技術作為該機構下一代空間通訊系統的基礎。康沃爾表示：“我們甚至可以設想未來在開展飛往小行星的自動機器人任務時使用激光通訊手段。那樣我們就將能傳輸立體高清視頻信號，從而達到近似於現場直播一般的效果。”(晨風)