国外空间激光通信技术发展分析

空间激光通信是一种利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递的通信方式。与传统微波通信相比，激光通信具有传输速率快、通信容量大、抗电磁干扰性能强、保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性极高，引发各国研究热潮。空间激光通信技术的发展和突破对增强空间信息传输的实时性、安全性以及未来深空探测意义重大，有望变革未来空间通信技术发展。

一、优势与挑战并存

随着空间技术、传感技术等的发展，卫星及各种航天器所需的信息传输量呈指数级增长，目前空间通信所采用的以微波通信为主的通信手段已难以满足急剧增长的通信容量需求。空间激光通信具有较高的数据传输速率、较强的电磁抗干扰能力和安全保密性能，且激光通信设备还具有体积小、重量轻、能耗低等优点，被认为是最有潜力革新空间通信的颠覆性技术。

高数据传输速率。空间激光通信的载波频率范围为190THz～560THz，约为微波通信频率的数千倍乃至数万倍，具有巨大的宽带提升空间，可实现更高的数据传输速率，使从空间传回海量视频和高精度测量数据成为可能，对于自然灾害监测、军事通信等具有重要的战略意义。

系统终端体积小、质量轻、功耗低。相比于微波，激光的波长要短数千至上万倍。波长越短，能量越高，所受的衍射作用越小，激光所需的发射和接收天线尺寸可以成倍缩小，使得激光通信系统终端的体积、质量和功率都远远优于微波通信，高度满足空间应用对有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。

抗电磁干扰能力强、安全保密性高。空间激光通信采用激光作为载波，激光光束极窄，发散角小于1mrad（毫弧度），亮度和能量密度极高，信息传递不易被其他设备捕获，且邻近卫星间的通信干扰也可忽略不计，具有较高的抗电磁干扰能力和安全保密性能。

尽管存在诸多优势，目前空间激光通信技术整体而言仍处于研究阶段，尚面临诸多技术挑战，如激光通信较为受制于激光通信终端和探测器件、大气湍流、大气衰减等因素的影响和干扰，空间激光通信所需的地面基础设施远未完备，空间激光通信高频带高宽带的技术优势尚未完全挖掘等。

二、各国掀起研究热潮

美国、欧洲、日本等均在空间激光通信技术领域投入巨资进行相关技术研究和在轨试验，对空间激光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入地研究，不断推动空间激光通信技术迈向工程实用化。

（一）美国NASA加速发展空间激光通信技术

美国早期开展的“激光通信演示系统”（OCD）、“转型卫星通信系统”（TSAT）等项目研究，为后期技术发展奠定了良好的技术基础。近年来，美国国家航空航天局（NASA）尤为重视空间激光通信技术发展，并将其作为重要优先事项，加速推进空间激光通信技术的发展和成熟，使近地任务和深空任务的空间通信更为高效，以解决未来空间飞行任务面临的海量数据传输问题。

“月球激光通信演示验证”项目。美国NASA于2013年10月成功开展了“月球激光通信演示验证”（LLCD）项目，从月球轨道与多个地面站分别进行了双向激光通信试验，创造了622兆比特/秒的下行数据传输速率新记录，上行数据传输速率也达到20兆比特/秒，首次验证了空间激光通信系统的可行性以及系统在空间环境中的可生存性。