我國星地激光通信邁入“120Gbps”時代

1月30日，從中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡稱“空天院”）獲悉，中科衛(wèi)星AIRSAT-02衛(wèi)星與新疆塔縣激光地面站成功完成120吉比特每秒（Gbps）超高速星地激光通信業(yè)務化應用試驗。此次試驗不僅刷新了我國星地激光通信速率紀錄，更標志著我國在該領域從技術驗證邁向穩(wěn)定、高效、可規(guī)模部署的業(yè)務化新階段。

空天院塔縣激光地面站

本次實驗在空天院新疆塔縣激光地面站完成，實驗衛(wèi)星AIRSAT-02衛(wèi)星由中科衛(wèi)星科技集團有限公司負責研制，北京融為科技有限公司負責該衛(wèi)星的星地激光通信終端設計與研制。

AIRSAT-02衛(wèi)星于2024年9月發(fā)射入軌，2025年1月已成功實現(xiàn)60Gbps星地激光通信。

令人矚目的是，本次120Gbps的突破并非依賴新硬件升級，而是通過“在軌軟件重構”技術，在不改動衛(wèi)星任何物理設備的前提下，深度挖掘現(xiàn)有激光通信載荷的性能極限，將星地激光通信碼速率從60Gbps大幅提升至120Gbps，并開展了大量業(yè)務化運行驗證工作。這一成果充分體現(xiàn)了我國在智能衛(wèi)星系統(tǒng)設計與在軌自主優(yōu)化能力上的領先水平。

試驗期間，星地鏈路實現(xiàn)秒級快速捕獲建鏈，成功率超過93%，最長連續(xù)通信時長達108秒，有效驗證了超高速率下鏈路穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性。

星地激光通信雖具備帶寬大、抗干擾強、保密性好等優(yōu)勢，但其工程實現(xiàn)極為復雜。衛(wèi)星高速運動、平臺微振動，加上大氣湍流對激光束的劇烈擾動，使得建立并維持一條穩(wěn)定、高速的光通信鏈路如同“在狂風中穿針引線”。

空天院高級工程師李亞林形象比喻：“10Gbps像是在湍急河流上架單車道橋，而120Gbps則相當于建設多車道高速大橋——不僅要快速架通，還要確保各車道并行高效通行。”

為應對挑戰(zhàn)，科研團隊突破三大核心技術：一是研發(fā)高精度實時校正算法，有效抑制大氣湍流引起的光束漂移，實現(xiàn)“收得穩(wěn)”；二是采用先進補償機制與低誤碼通信協(xié)議，顯著提升數(shù)據(jù)完整性，做到“收得對”；三是改進自適應傳輸策略“收得快”，最大化利用信道容量，保障了每秒120吉比特的極速傳輸。

隨著遙感、氣象、導航等天基系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，傳統(tǒng)微波數(shù)傳鏈路已難以滿足實時回傳需求。120Gbps激光通信的業(yè)務化應用，將極大緩解衛(wèi)星“數(shù)據(jù)下不來”的瓶頸，為災害應急響應、全球環(huán)境監(jiān)測、智慧城市等應用場景提供分鐘級甚至秒級的遙感服務支撐。

空天院中國遙感衛(wèi)星地面站主任黃鵬指出，此次成功試驗表明，星地激光通信已具備支撐未來海量空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵哪芰ΑｋS著全國激光地面站網(wǎng)絡的逐步布設和技術持續(xù)迭代，激光通信有望成為連接天基星座與地面光纖網(wǎng)絡的“高速樞紐”，加速構建覆蓋全球、高效協(xié)同的天地一體化信息基礎設施。