來自美國宇航局Goddard 太空飛行中心的Katherine Schauer。

美國宇航局的激光通信中繼演示通信在激光鏈路。圖片來源: NASA's Goddard Space Flight Center

美國NASA激光通信中繼演示(LCRD)將使用激光通信系統將數據從太空傳輸到地球。以下是關于NASA革命性的LCRD任務你需要知道的六件事。

1.激光通信將改變美國宇航局（NASA）從太空獲取信息的方式

自太空探索之初，美國宇航局就使用無線電頻率系統與宇航員和宇宙飛船聯系。然而，隨著空間任務產生和收集更多的數據，對加強通信能力的需求也在增加。LCRD利用激光通信的能量，激光通信使用紅外光而不是無線電波，對地球和地球之間的信息進行編碼和傳輸。

無線電波和激光紅外光都是電磁輻射的形式，其波長在光譜上的不同點。任務將他們的科學數據編碼到電磁信號中，然后發送回地球。

用于激光通信的紅外光不同于無線電波，因為它的頻率要高得多，這使得工程師可以在每次傳輸中打包更多的數據。更多的數據會同時產生更多關于太空的信息和發現。

利用紅外激光，LCRD將從地球同步軌道以1.2千兆每秒(Gbps)的速度向地球發送數據。在這樣的速度和距離下，你可以在一分鐘內下載一部電影。

來源: Pixabay/CC0 Public Domain

2.激光通信將使航天器通過單一下行鏈路發送更多數據

如果你生活在80年代末90年代初，你會記得地面網絡的撥號速度——緩慢而痛苦。在航天器上增加激光通信類似于人類使用光纖網絡等技術的高速互聯網:革命性的。

同樣的概念——除去光纜——也被應用于空間激光通信，這使得航天器能夠通過激光鏈路發送高分辨率的圖像和視頻。

隨著激光通信的到位，航天器可以在一次下載中發送回更多的數據。美國國家航空航天局和航空航天工業正在利用這些新發展，并創建更多的任務，使用激光補充無線電頻率衛星。

如今，我們的家庭網絡連接使得高清視頻、節目和內容幾乎可以瞬間到達屏幕。這在一定程度上是由于光纖連接通過塑料或玻璃電纜發送密集數據的激光，創造了更快的用戶體驗。

3.有效載荷有兩個光學模塊或望遠鏡，用于接收和發射激光信號

無線電波和光波來源：NASA

LCRD是一種中繼衛星，具有許多高度敏感的組件，提供更多的通信。作為中繼，LCRD消除了用戶任務與地球上天線的直接視線的需要。LCRD有兩個光學終端——一個終端接收來自用戶航天器的數據，而另一個終端將數據傳輸到地球上的地面站。

LCRD的調制解調器將數字數據轉換成激光信號，然后通過中繼的光模塊通過人眼看不見的編碼光束進行傳輸。LCRD既可以發送數據，也可以接收數據，為往返太空的任務數據創建了一條連續的路徑。這些能力使LCRD成為NASA的第一個雙向端到端光學中繼。

這些只是組成LCRD有效載荷的一些組件，所有這些都是一個大床墊的大小。

4. LCRD依賴于加利福尼亞和夏威夷的兩個地面站

一旦LCRD接收到信息并對其進行編碼，有效載荷就會將數據發送到地球上的地面站，每個地面站都配備了接收光線的望遠鏡和調制解調器，將編碼后的光線轉換回數字數據。

LCRD的地面站被稱為光學地面站(OGS) -1和-2，分別位于南加州的桌山和夏威夷毛伊島的Haleakalā火山上。

LCRD從空間站向地球傳輸數據來源：NASA/Dave Ryan

雖然激光通信可以提供更高的數據傳輸速率，但大氣干擾——如云和湍流——會干擾激光信號在地球大氣中的傳播。

OGS-1和OSG-2的位置是根據其晴朗的天氣條件和偏遠的高海拔位置選擇的。這些地區的大部分天氣都發生在山頂以下，因此相對晴朗的天空非常適合激光通信。

5. LCRD允許政府、學術界和商業伙伴從地球同步軌道測試激光能力

LCRD將證明來自地球同步軌道的激光通信系統的可行性，該軌道距離地球表面約2.2萬英里。

在支助其他特派團之前，LCRD將用兩年時間進行測試和實驗。在此期間，OGS-1和OGS-2將作為“任務”，將數據從一個站點發送到LCRD，然后向下發送到另一個站點。

LCRD將通過NASA、其他政府機構、學術界和商業公司的實驗來測試激光的功能。其中一些實驗包括研究大氣對激光信號的干擾，并演示可靠的中繼服務操作。

美國宇航局的激光通信任務來源：NASA/Dave Ryan

這些測試將使航空航天界能夠從LCRD中學習，并進一步改進技術以供今后實施。美國國家航空航天局正在提供這些機會來發展激光通信的知識體系，并促進其實際應用。

實驗階段結束后，LCRD將支持太空任務，包括將安裝在國際空間站上的光學終端。該終端將收集船上科學實驗的數據，然后將信息發送給LCRD，再轉發給地球。

6. LCRD是眾多令人興奮和即將到來的激光任務之一

LCRD是NASA的第一個激光通信中繼系統。然而，有許多正在開發的任務將演示和測試額外的激光通信能力。

太字節紅外傳輸(TBIRD)立方體衛星的有效載荷將演示激光下行速度為200gbps，這是激光通信數據速率的新記錄。

LCRD的第一個用戶將是空間站上的集成LCRD近地軌道用戶調制解調器和放大器終端(ILLUMA-T)。ILLUMA-T將為軌道實驗室提供1.2 Gbps的數據速率，以便將正在進行的實驗的高分辨率圖像和視頻傳輸到地球上。

獵戶座阿耳特米斯II型光通信系統(O2O)終端將通過紅外光在地球和阿耳特米斯II型繞月宇航員之間提供超高清視頻傳輸。

2026年，普賽克任務將到達它的目的地——一顆距離地球1.5億英里的小行星。普賽克將攜帶深空光通信(DSOC)有效載荷，以測試激光通信應對深空探測帶來的獨特挑戰。

所有這些任務都將幫助航空航天界將激光通信標準化，以便在未來的任務中實施。有了激光的照耀，NASA可以從太空收集到比以往更多的信息。