激光先锋：NASA的创新如何塑造空间通信

　　

　　

　　在阿尔忒弥斯II期间，美国宇航局的猎户座飞船上的光通信系统将激光通信能力带到月球。来源:美国国家航空航天局

　　美国宇航局的阿尔忒弥斯计划正在与私营部门合作推进激光通信技术，为太空任务带来更高的数据传输速率。这项创新对未来的月球和火星探测至关重要，它保证了更高效、更快的数据传输。

　　美国国家航空航天局正在与私营工业伙伴和小型企业合作，在阿尔忒弥斯计划下生产可扩展的、价格合理的先进激光通信系统，使地球以外的探索和发现能够造福所有人。

　　激光或光学通信为任务提供了更高的数据速率，这意味着与使用传统无线电波的任务相比，使用激光技术的任务可以在单次传输中发送和接收更多的信息。当航天器使用激光通信发送信息时，红外光将数据打包成更紧密的波，这样地球上的地面站就可以一次接收到更多的数据。激光通信系统可以提供比目前太空任务中使用的无线电系统高10到100倍的数据速率。

　　随着科学仪器的发展，捕捉高清数据的能力越来越强，太空任务将需要更快的方式将信息传输到地球。用目前的无线电频率系统将一份完整的火星地图传回地球大约需要9周的时间。用激光，只需要9天。

　　先进的激光技术

　　通过小型企业合作，NASA的空间通信和导航(SCaN)项目资助了一种新型激光技术的成功开发。由Fibertek公司开发的基站光学激光终端是一个四通道激光单元，可以在Artemis II飞行测试期间向月球传输高功率通信。阿尔忒弥斯2号将送四名宇航员绕月飞行，并将他们安全带回，为未来人类对月球表面的长期探索任务铺平道路，最终到达火星。

　　被称为猎户座阿尔忒弥斯II光通信系统，阿尔忒弥斯II演示将使用激光通信将月球地区的高分辨率图像和视频传输到两个地面站。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的两个地面站之一是低成本光学终端。

　　位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的低成本光学终端使用商业现货或稍微修改的硬件来降低实现激光通信技术的费用。来源:美国国家航空航天局

　　2023年9月，Fibertek的技术被整合到NASA的低成本终端地面站并成功测试。NASA的低成本光学终端是一个直径约27英寸的望远镜，主要由商业现货零件制成。使用商业组件比开发定制硬件更具成本效益，并且还可以使体系结构可扩展以进行复制。低成本光终端将作为未来地面站的模板。

　　“激光通信，专注于直接与地球的连接，是一项成熟的技术，对于NASA满足其未来的通信能力和导航需求至关重要。随着任何技术的成熟，建立和支持健康的国内供应链至关重要，”美国宇航局华盛顿总部高级通信和导航技术部主任杰森·米切尔博士说。“美国小企业在这条链条上发挥着关键作用，我们与Fibertek公司的合作就是这一过程的一个例子。”

　　位于克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心和美国宇航局小企业创新研究计划资助了基站光学激光终端的开发。通过美国种子基金，美国宇航局为小企业提供早期联邦资金，用于创新技术，以推进机构的任务。

　　NASA Glenn公司SCaN小企业项目经理Nang Pham表示:“NASA对这项技术开发的投资对该机构和Fibertek公司以及任何其他希望使用激光通信技术的未来系统集成商或开发商来说都是一个三赢的结果。”

　　随着美国宇航局准备50年来首次将人类送回月球，新的激光技术将使更有效的激光通信系统成为可能，扩大人类对月球和月球以外的知识。

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