中國“北斗”導航系統試驗革命性激光通信技術

  不久前中國在“北斗”導航衛星與地面站之間進行了革命性的激光高速通信實驗。高速鏈路激光通信網絡比常規的無線電通信快一百萬倍，可將數據實時傳輸到任何位置。參與研究的技術人員介紹說這種方法可以讓衛星以每秒幾千兆字節的速度向地面下傳數據，而不是目前的千字節。“北斗”系統在實驗中達到的通信性能仍然保密。

  本周一美國宇航局（NASA）宣布將恢復一項已推遲兩年的研究項目，下月將發射一顆實驗衛星進行類似的實驗，該實驗測試以每秒 2.8GB 的速率通過激光束傳輸數據。

  激光帶寬可達每秒1TB(1,000GB)。據匿名研究人員稱，激光通信不易被竊聽，比微波更難干擾。激光設備更小更輕，可在衛星之間或與地面建立高速通信。“北斗”導航衛星網目前是世界上最大的全球衛星導航網絡，在軌衛星數量超過 GPS。它提供定位和通信服務，具有廣泛的民用和軍事用途。

 中國科學院上周五表示，最新實驗已表明“北斗”的激光信號可以在城市等頗富挑戰性的環境中穩定通信，一般來說此類環境中有強烈的干擾，難以建立和維持遠程光通信。中科院沒有說明實驗進行的具體時間點。

 激光通信地面站通常為固定的，需要復雜的設備，包括大型望遠鏡、光束跟蹤和鎖定裝置以及信號處理設備。但中科院長春光機所的項目團隊表示，技術人員們將所有東西都裝進了一輛汽車。一些海外的太空科學家表示，這次實驗的成功表明中國很有可能成為世界上第一個擁有覆蓋全球激光通信網絡的國家。

“這是一場革命”。

 激光通信衛星的想法誕生自 1960 年代，美國、日本和一些歐洲國家都曾進行了多項研究計劃，但未能解決其中的一些關鍵課題，最核心的難題在大氣層：空氣分子可以吸收或反射光，導致到達地面站的光粒子太少。湍流也可使激光束扭曲或搖晃，以至于光信號太模糊而無法清晰接收，尤其是在人類活動密集的城市地區。

 中國在1990年代后期加入這場競賽，啟動了多項研究計劃。近年來中國航天部門公布了多項計劃，將大量小型通信衛星送入低地球軌道。

 據參與該計劃的一些研究人員稱，SpaceX的Starlink（一個為地球大部分地區提供互聯網接入的衛星星座系統）的帶寬限制在 200MB 左右，而中國的衛星網絡將通過使用激光通信技術以更低的成本提供更高的通信速度.

 中國的航天產業蓬勃發展，越來越多種類多樣的航天器不斷進入太空，使用激光束將它們連接起來可以大大提高這一網絡的運行速度和整體性能。如去年的一項研究結果表明，將衛星的原子鐘與激光束同步可以將“北斗”導航系統的定位精度提高6到40倍。此外中國還考慮起草激光通信國際標準加強中國在該領域的領先地位。