中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 （記者 王振紅）2024年9月15日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）自主研制成功的500毫米口徑激光通信地面系統(tǒng)在帕米爾高原完成部署，標(biāo)志著我國首個業(yè)務(wù)化運行的星地激光通信地面站正式建成，并進(jìn)入常態(tài)化運行階段。該站的建成打通了星地激光通信全鏈條業(yè)務(wù)流程，將進(jìn)一步推進(jìn)星地激光通信的工程化應(yīng)用，改變我國目前衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收僅靠微波地面站的現(xiàn)狀。

屹立在帕米爾高原的星地激光通信地面站。中國網(wǎng) 王振紅攝

解決星地通信速率瓶頸，傳輸海量數(shù)據(jù)

隨著我國航天技術(shù)的快速提升，衛(wèi)星技術(shù)呈現(xiàn)變革性發(fā)展的態(tài)勢，衛(wèi)星探測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈幾何級增長，海量數(shù)據(jù)無法及時下傳的問題日益突出，該問題嚴(yán)重制約了我國太空資源的高效利用。但是，僅依靠設(shè)施規(guī)模擴充和局部技術(shù)指標(biāo)提升已無法滿足未來星地高速通信的需求，迫切需要顛覆性創(chuàng)新技術(shù)體制以徹底解決星地通信速率瓶頸問題。

正在運行的星地激光通信地面站。中國網(wǎng) 王振紅攝

星地激光通信以激光為載體，可實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的高速信息傳輸，是未來星地高速通信的重要手段。空天院高級工程師李亞林介紹，區(qū)別于傳統(tǒng)的微波通信，星地激光通信的優(yōu)勢在于可用頻譜資源極其豐富、帶寬可達(dá)數(shù)太赫茲（THz），相較于微波通信提高了十倍到近千倍。“如果將頻段比作道路，那么微波X頻段是單車道，微波Ka頻段是四車道，而激光可容納成百甚至上千車道。此外，激光通信系統(tǒng)重量輕、體積小、功耗低、保密性強，能夠滿足星地海量數(shù)據(jù)傳輸需求。”李亞林解釋說。

累計行程30萬公里，選址帕米爾高原

但是，星地激光通信存在易受多云、雨雪等天氣和大氣湍流影響的問題，合理的站址選擇能在很大程度上降低復(fù)雜非穩(wěn)態(tài)大氣信道導(dǎo)致的光束質(zhì)量惡化，提高星地激光通信的性能和可用度。從我國大陸地理地形分布角度考慮，位于第一階梯的帕米爾高原地區(qū)具有平均海拔高、氣候干燥等特點，是極優(yōu)良的站址地點。空天院高級工程師、中國遙感衛(wèi)星地面站喀什站站長王建平表示，“激光通信地面站所在的帕米爾高原慕士塔格峰區(qū)域大氣條件好，視寧度優(yōu)，可媲美世界一流光學(xué)站址，且氣候干燥少雨，全年均可開展星地激光通信任務(wù)，為星地激光通信的業(yè)務(wù)化運行提供了優(yōu)良的條件。”

自2019年以來，空天院在自然條件惡劣的帕米爾高原建設(shè)完成了星地激光通信地面站，包括位于海拔約4800米的科研區(qū)和位于海拔3300米的保障區(qū)，激光通信地面系統(tǒng)部署在科研區(qū)，運維人員工作在保障區(qū)，未來將通過遠(yuǎn)程操作方式實現(xiàn)長期可靠的業(yè)務(wù)化運行。王建平介紹說：“高海拔無人區(qū)站點的建設(shè)和運維非常不易，前期我們整個團隊在帕米爾高原上累計行程達(dá)30萬公里，進(jìn)行選址、測量、論證、建設(shè)等工作；這里無人區(qū)無路無水無電，容易出現(xiàn)缺氧高原反應(yīng)，還會有極端惡劣氣候，但是面對這些困難，我們整個團隊扎根邊疆、團結(jié)協(xié)作共同完成了這項艱巨任務(wù)。”

突破關(guān)鍵技術(shù)，布局建設(shè)新一代衛(wèi)星地面站網(wǎng)

星地激光通信地面站的工作人員。（供圖：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院）

項目團隊先后突破了大氣信道預(yù)測及任務(wù)規(guī)劃調(diào)度、激光信號的快速捕獲建鏈和自適應(yīng)光學(xué)校正、復(fù)雜大氣條件下的無誤碼傳輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了夜間星地激光通信的常態(tài)化運行。近期，項目團隊又攻克了白天強大氣湍流、強背景光下的可靠星地激光通信難題，首次成功完成了白天星地激光通信業(yè)務(wù)化運行試驗。該項工作將星地激光通信的可用時段提高了近一倍，進(jìn)一步支撐了星地激光通信地面站的業(yè)務(wù)化運行。

正在運行的星地激光通信地面站。（供圖：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院）

此外，星地激光通信地面站的建成與喀什地區(qū)和塔縣地方政府的大力支持密不可分。無論是站點征地、工程施工，還是路、電、網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施條件、人員生活保障，都是在地方政府的幫助下得以有效解決，充分體現(xiàn)了地方政府對于科技創(chuàng)新和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重視與支持。

目前，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家正加速發(fā)展星地激光通信技術(shù)，布局建設(shè)星地高速激光通信網(wǎng)絡(luò)。我國星地激光通信的發(fā)展也非常迅速，各項關(guān)鍵技術(shù)均已突破，正在開展工程化試驗試用，以支撐后續(xù)的規(guī)模化組網(wǎng)應(yīng)用。空天院研究員、中國遙感衛(wèi)星地面站主任黃鵬介紹說：“星地激光通信地面站的常態(tài)化運行，將充分積累星地激光通信的工程應(yīng)用經(jīng)驗，為我國下一代星地海量數(shù)據(jù)傳輸體系規(guī)劃和我國新一代衛(wèi)星地面站網(wǎng)建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)。”當(dāng)前正在規(guī)劃論證建設(shè)國家激光通信地面站網(wǎng)，通過在我國西南、西北和東部布局建設(shè)多個激光通信站進(jìn)行組網(wǎng)，可以進(jìn)一步克服天氣對星地激光通信的不利影響，大幅提高星地激光通信的可用度。

星空下的星地激光通信地面站。（供圖：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院）

星空下的星地激光通信地面站。（供圖：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院）