NASA使用激光向地球發(fā)送信息和從地球發(fā)送信息，使用不可見(jiàn)光束穿越天空，發(fā)送數(shù)太字節(jié)（TB）的數(shù)據(jù)（圖片和視頻），增加了科學(xué)界對(duì)宇宙的了解。“我們對(duì)激光通信將在未來(lái)幾年提供的承諾感到興奮，”NASA總部空間通信和導(dǎo)航副署長(zhǎng)兼項(xiàng)目經(jīng)理Badri Younes說(shuō)，“這些任務(wù)和演示開(kāi)啟了新的征程，在此期間，美國(guó)宇航局將與其他政府機(jī)構(gòu)和商業(yè)部門(mén)合作，大幅擴(kuò)展未來(lái)的太空探索通信能力，并創(chuàng)造充滿活力和強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)。”

　　激光通信系統(tǒng)為未來(lái)的太空任務(wù)提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，這意味著與傳統(tǒng)的無(wú)線電波相比，它們可以在一次傳輸中發(fā)送和接收更多的信息。此外，新系統(tǒng)將更輕、更靈活、更安全。未來(lái)，激光通信可以補(bǔ)充當(dāng)今大多數(shù)NASA任務(wù)使用的射頻通信。

　　激光通信中繼演示

　　2021年12月7日，激光通信中繼演示（LCRD）發(fā)射到距離地球約22000英里的軌道，以測(cè)試激光通信的能力。LCRD是NASA首次展示雙向激光中繼系統(tǒng)的技術(shù)。目前，美國(guó)宇航局的激光通信進(jìn)展仍在繼續(xù)。

　　今年5月，NASA證明LCRD已準(zhǔn)備好進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是測(cè)試和改進(jìn)激光系統(tǒng)，作為任務(wù)的總體目標(biāo)之一。NASA和其他政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提供的實(shí)驗(yàn)，正在測(cè)量大氣對(duì)激光通信信號(hào)的長(zhǎng)期影響，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)將評(píng)估該技術(shù)對(duì)未來(lái)任務(wù)的適用性并測(cè)試在軌激光中繼能力。

　　美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行LCRD實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Rick Butler說(shuō)：“我們將開(kāi)始收到一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而另一些則需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的時(shí)間檢驗(yàn)。LCRD將回答航空航天業(yè)關(guān)于激光通信作為高帶寬應(yīng)用的操作選項(xiàng)的問(wèn)題。我們正在深入激光通信領(lǐng)域，這些實(shí)驗(yàn)將展示光學(xué)技術(shù)如何為國(guó)際組織、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界服務(wù)。”

　　太字節(jié)紅外傳輸

　　在LCRD之后，作為探路者技術(shù)演示器3（PTD-3）任務(wù)的一部分，太字節(jié)紅外傳輸（TBIRD）有效載荷于2022年5月25日從SpaceX的Transporter-5拼車(chē)任務(wù)的卡納維拉爾角發(fā)射。TBIRD將展示每秒200吉比特的數(shù)據(jù)下行鏈路，這是NASA有史以來(lái)最高的光傳輸速率。

　　太字節(jié)紅外傳輸展示了激光通信在捕獲重要數(shù)據(jù)和大型詳細(xì)圖像的顯著優(yōu)勢(shì)，這為近地科學(xué)任務(wù)帶來(lái)了極大的改變。TBIRD一次性發(fā)送回?cái)?shù)太字節(jié)的數(shù)據(jù)，展示了更高帶寬的好處，并讓NASA更深入地了解小型衛(wèi)星激光通信的能力。而整個(gè)TBIRD系統(tǒng)才和紙巾盒一般大。

　　TBIRD項(xiàng)目經(jīng)理Beth Keer說(shuō)：“過(guò)去，我們圍繞著可以從太空返回或從太空返回地球的數(shù)據(jù)量來(lái)設(shè)計(jì)儀器和航天器。激光通信是一種改變游戲規(guī)則的能力。”

　　集成LCRD低地球軌道用戶調(diào)制解調(diào)器和放大器終端

　　集成的LCRD低地球軌道用戶調(diào)制解調(diào)器和放大器終端（ILLUMA-T）將于2023年初在SpaceX 的第27次國(guó)際空間站商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)中發(fā)射，將為軌道實(shí)驗(yàn)室?guī)ゼす馔ㄐ旁O(shè)備，并賦予宇航員增強(qiáng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。ILLUMA-T將從空間站上的實(shí)驗(yàn)收集信息，并以每秒1.2 吉比特的速度將數(shù)據(jù)發(fā)送到LCRD。按照這個(gè)速度，一部長(zhǎng)篇電影可以在一分鐘內(nèi)下載完畢。然后，LCRD會(huì)將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)到夏威夷或加利福尼亞的地面站。

　　美國(guó)宇航局戈達(dá)德公司ILLUMA-T項(xiàng)目經(jīng)理Chetan Sayal說(shuō)：“ILLUMA-T和LCRD將共同成為第一個(gè)展示低地球軌道到地球同步軌道到地面通信鏈路的激光系統(tǒng)。”

　　Orion Artemis II光通信系統(tǒng)（O2O）在Artemis II任務(wù)期間，利用美國(guó)宇航局的獵戶座航天器將激光通信帶到月球上。當(dāng)50多年來(lái)再次返回月球區(qū)域時(shí)，O2O將能夠傳輸高分辨率圖像和視頻。Artemis II將是第一個(gè)展示激光通信技術(shù)的載人月球飛行，以高達(dá)每秒260兆比特的下行鏈路速率向地球發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　O2O項(xiàng)目經(jīng)理Steve Horowitz說(shuō)：“通過(guò)將新的激光通信技術(shù)帶入到Artemis任務(wù)中，我們使宇航員能夠獲得比以往更多的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸速率越高，儀器向地球發(fā)送的信息就越多，月球探險(xiǎn)者可以執(zhí)行的科學(xué)也就越多。”

　　NASA的激光通信努力也延伸到了深空探索。目前，美國(guó)宇航局正在開(kāi)發(fā)一種未來(lái)的終端系統(tǒng)，該終端可以測(cè)試激光通信以應(yīng)對(duì)極端距離和具有挑戰(zhàn)性的指向限制。

　　無(wú)論是將激光通信帶入近地任務(wù)、月球還是深空，光學(xué)系統(tǒng)的注入都將成為未來(lái)NASA任務(wù)不可或缺的一部分。激光通信的更高數(shù)據(jù)速率將使探索和科學(xué)任務(wù)能夠?qū)⒏鄶?shù)據(jù)發(fā)送回地球并發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于宇宙的信息。NASA將利用這些數(shù)據(jù)，為未來(lái)的火星及其他任務(wù)做好準(zhǔn)備。

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