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激光通信是未來通信技術發展的重要方向之一

2021-08-23 13:15:56 來源：科普中國

近日，在佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心，通用原子電磁系統公司與美國國防部太空發展局利用SpaceX公司“獵鷹9號”商業火箭將激光互聯網絡通信系統（LINCS）衛星發射到指定軌道。

獨樹一幟的激光通信

激光作為一種新型光源，具有亮度高、方向性強、單色性好、相干性強等特征，激光通信則是利用激光來作為信息的載體。與傳統的無線電通信相比，衛星激光通信具有許多獨到之處：

首先激光載波頻率具有數百 THz量級，比載波頻率在幾 GHz 到幾十 GHz 范圍內的傳統無線電通信高 3~5 個數量級，可攜帶更多信息，通信速率更高。其次激光發散角小，束寬極窄且指向性好，在空間中不易被捕獲。在進行激光通信時，設備必須位于狹窄的光束之內，才能接收到較為清晰的信號，因此可以利用激光進行兩點之間的高度保密通信，也可以建立防攔截激光通信網絡，進行多點保密通信，通信過程中不易受外界干擾，擁有更好的安全性和可靠性。同時激光波長比無線電波長小 3~5 個數量級，激光通信系統所需的收發光學天線、發射與接收部件等器件與無線電所需器件相比，尺寸小、重量輕，可滿足小型化、輕量化、低功耗的要求。

激光通信是未來通信技術發展的重要方向之一

雖然激光通信也存在著一定的局限性。如與微波通信相比，激光通信的成本較高；激光在大氣傳輸的過程中，會被雪霧和雨水大大衰減而影響通信的質量；且激光束極高的方向性也導致對設備的穩定性和精度提出很高的要求。但是總體來說，激光通信必將在軍事領域以及未來空間高速數據傳輸方面得到廣泛的應用，這已經成為國際上的共識及趨勢。此前美國太空發展局局長德里克·圖爾尼爾就曾說過，激光通信可以帶來“高帶寬、低延時、信號干擾概率低的通信網絡，適用于任何平臺，無論是在水面上，船上，還是在空中”。

“大國競爭”的助力

其實美國等國家在很早之前就已經率先開展衛星激光通信技術研究，如在 1968 年美國 NASA 戈達德太空飛行中心的科研人員就曾將一束激光從地面站發送至近地軌道衛星 GEOS?II，進行激光傳輸實驗，分析了大氣湍流對激光信號傳輸的影響；1985年美方又運用高精度跟瞄技術建立了穩定的激光通信鏈路。而在2013 年，美國月球激光通信演示驗證項目成功實施，為其衛星激光通信發展奠定了深厚技術基礎。

這些年美國重回“大國競爭”，因此為應對同級別的對手，美軍對于通信安全的要求也驟然加強。美軍認為，當前各類武器系統都依靠無線電信號通信，而這也是一些自動功能的基礎，自動功能雖可以提升武器的防御力，但無線電信號很容易被“黑客入侵”。根據華盛頓的說法，俄羅斯在研制電子戰系統方面取得了重大進展。五角大樓聯合人工智能中心最近發布報告說：“俄羅斯軍隊的技術比美國更先進，而且正在迅速發展人工智能，以獲得戰場信息優勢”。在這種情況下，激光通信就成為美軍的關注重點之一。

據報道，此次是美國國防部太空發展局自2019年成立以來第一次發射衛星。激光互聯網絡通信系統由12顆微型 “立方衛星”（CubeSats）組成，每顆衛星載有一個C波段雙波長全雙工光通信終端(OCT)和一個紅外（IR）有效載荷，所有部件均有原子電磁系統公司圣地亞哥生產廠設計和制造，目前已有兩個衛星進入軌道開始調試運行。據分析，美國軍方和通用原子公司將試圖改變通信方式，欲搶在俄羅斯等國前面占得衛星激光通信的先機。通用原子電磁系統集團總裁斯科特·福尼表示，未來是光通信的天下，即將開展的實驗標志著通信“進化”的開端。

軍事小詞典

激光通信原理：在利用激光進行通信時，技術人員需要首先將各種形式的信號轉變為調制光束。在接收站，技術人員需要用激光接收裝置接收調制光束，并進行解調，從而將所需信號與激光束（載波）分離，與信號強度相關的輸出電流將被逐級放大，然后被輸送到揚聲器或其他裝置。

標簽：激光通信通信網絡高速數據大氣傳輸