【地月雷射通信破紀錄】中科院40萬公里雙向連線 8K月面圖僅需12秒傳回 告別近地軌道時代
據報道,是次試驗依託運行於遠距離逆行軌道(DRO)的DRO-A衛星進行,衛星位於地月拉格朗日L1與L2點之間的穩定軌道,距離地球超過40萬公里。研究團隊經過數年攻關,成功在如此遙遠的距離上建立雙向雷射通訊鏈路,實測達成上行1.25Mbps、下行100Mbps的速率,較以往依賴微波鏈路的傳輸方式有顯著提升,被視為中國深空通訊能力的一項重要里程碑。
萬里穿針:三大技術難關如何攻克?
要在40萬公里外建立穩定雷射鏈路,首先要解決「萬里穿針」的瞄準難題。據報道,研究人員形容,雷射發射方向若偏差三千分之一度,經過40萬公里後落點便會偏移達2公里,難度形同千里之外精準穿針引線。團隊為此研發雙向捕獲跟蹤方法,同步修正衛星軌道位置、大氣擾動及光速延遲等因素,確保地面望遠鏡與DRO-A衛星之間能持續對準。其次是「千里辨音」的訊號微弱問題——雷射訊號經長距離傳播後極為微弱,容易被背景雜訊淹沒,團隊因此引入超導單光子探測技術,配合高靈敏度演算法,在強雜訊環境下仍可準確擷取訊號。第三是「百兆秒傳」的傳輸速度瓶頸,團隊研發大帶寬訊號處理技術及特殊編碼方案,最終令雙向鏈路得以穩定運作。
由近地邁向地月:這代表甚麼意義?
是次試驗的最大意義,在於中國太空雷射通訊技術正式由近地軌道邁向地月空間。此前中國雷射通訊應用主要集中於近地軌道衛星之間,或衛星與地面站之間的短距離鏈路;今次DRO-A衛星在超過40萬公里外仍能維持穩定雙向高速連線,等同在地球與月球之間搭建起一條「太空高速公路」。據悉,是次任務屬於中國科學院A類戰略性先導科技專項「地月空間DRO探索研究」的一部分,由空間應用工程與技術中心牽頭,聯同之江實驗室、雲南天文台及上海微系統與信息技術研究所等機構共同參與,歷時數年研發。項目團隊指出,這項技術未來可望應用於載人登月及國際月球科研站建設,為大量觀測影像及科學數據提供高速回傳通道。
| 項目 | 數據 | 洞察 |
|---|---|---|
| 試驗距離 | 超過40萬公里(地月拉格朗日L1-L2間) | 由近地軌道邁向地月空間 |
| 上行速率 | 1.25Mbps | 指令上傳穩定可靠 |
| 下行速率 | 100Mbps | 較微波鏈路大幅提速 |
| 8K月面圖傳輸 | 12秒(微波需4-5分鐘) | 速度提升約20倍 |
| 參與機構 | 中科院空間應用工程與技術中心、之江實驗室、雲南天文台等 | 多機構聯合攻關 |
對比國際先例:速度已達甚麼水平?
月球雷射通訊並非新概念,美國太空總署(NASA)早於2013年已透過「月球雷射通訊示範」(LLCD)項目,在地月之間實現雷射通訊,當時下行速率達622Mbps、上行20Mbps,較同期無線電系統快逾6倍。相比之下,今次中國團隊實測的下行100Mbps、上行1.25Mbps雖然速率數字上仍有差距,但意義在於這是中國首次於地月距離完成雙向高速雷射通訊的在軌驗證,屬於「從零到一」的技術突破,為後續進一步提速累積關鍵經驗。據報道,團隊下一步將持續優化系統穩定性及速率表現,為未來載人登月及深空探測任務做好通訊基礎建設準備。
從近地軌道到40萬公里外的地月空間,是次試驗標誌中國太空雷射通訊邁出關鍵一步,但要達到國際先進水平、並實際應用於未來載人登月任務,仍需持續投入研發及在軌驗證。
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