40万公里外“穿针”！中国首次实现地月双向高速激光通信

                   地月尺度双向激光通信示意图

8月29日，据央视新闻、中国新闻网等报道，从中国科学院空间应用工程与技术中心获悉，日前，我国在地月激光通信试验任务中取得重要突破。经过一年多的在轨测试试验，中国科研团队成功在超过40万公里的地月距离上建立起双向激光链路，首次实现地月双向高速激光通信。这标志着我国空间激光通信正式从近地轨道迈入地月空间。

据《科技日报》介绍，空间激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式，具有带宽大、速度快、方向准、保密性好等优势。但距离越远，技术挑战越大。

中国科学院空间应用工程与技术中心研究员杨雷说：“深空激光通信一直扛着三座大山：距离动辄几十万公里，光束极难精准对准；信号传到地面时已经弱得几乎收不到；传输速度也一直提不上去。”据其介绍，科研团队通过五年持续技术攻关，在地月激光通信试验任务前成功解决了这三大难题。

面对“瞄不准”的问题，科研团队想出了一套新办法：综合考虑卫星轨道、望远镜安装误差、大气折射、激光飞行时间等各种因素，让天上的卫星和地面的望远镜在运动中始终对准，确保激光能精准照到预定位置。这就好比在40万公里外，将一束极细的光线精准穿过一个高速运动的“针孔”。

解决了“瞄准难”，新的问题又来了：激光跑完40万公里到达地面时，已经微弱到只剩几个光子。地面望远镜能收到的信号少得可怜，而月光、星光、城市灯光还会混进来捣乱。为此，团队用上了能探测单个光子的“超灵敏探测器”，并开发了一套复杂的信号识别算法，从海量噪声中把有效信号“捞”了出来。这就好像在千里之外喧嚣嘈杂的闹市中，准确听清一根针落地的声音。

最后一道难关是提升传输速度。科研人员通过一系列技术攻关，大幅提升了数据处理效率。此次试验初步可实现上行1.25Mbps（兆比特每秒）、下行100Mbps的通信速率。

杨雷举例说：“以一幅8K月面高清图像为例，用传统5Mbps微波链路下传约需4到5分钟；换成百Mbps激光通信后，只要约12秒。”

“目前地月之间的‘信息高速路’已经打通，未来我们将会获取到更多、更有原创价值的科学数据。”杨雷表示，相关技术形成的地月空间轻量化、小尺寸、低功耗、高速率的信息传输能力，也将为我国载人登月、月球科研站建设和深空探测提供高速信息传输新手段，支撑中国空间科学与应用取得更多更好的原创性科学成果。

据悉，这项任务由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头，联合之江实验室、中国科学院云南天文台、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位，依托一颗运行在远距离逆行轨道上的卫星（DRO-A）实施。