中國(guó)“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)試驗(yàn)革命性激光通信技術(shù)

  不久前中國(guó)在“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星與地面站之間進(jìn)行了革命性的激光高速通信實(shí)驗(yàn)。高速鏈路激光通信網(wǎng)絡(luò)比常規(guī)的無線電通信快一百萬倍，可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺魏挝恢谩⑴c研究的技術(shù)人員介紹說這種方法可以讓衛(wèi)星以每秒幾千兆字節(jié)的速度向地面下傳數(shù)據(jù)，而不是目前的千字節(jié)。“北斗”系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中達(dá)到的通信性能仍然保密。

  本周一美國(guó)宇航局（NASA）宣布將恢復(fù)一項(xiàng)已推遲兩年的研究項(xiàng)目，下月將發(fā)射一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)測(cè)試以每秒 2.8GB 的速率通過激光束傳輸數(shù)據(jù)。

  激光帶寬可達(dá)每秒1TB(1,000GB)。據(jù)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(shè)備更小更輕，可在衛(wèi)星之間或與地面建立高速通信。“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)目前是世界上最大的全球衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，在軌衛(wèi)星數(shù)量超過 GPS。它提供定位和通信服務(wù)，具有廣泛的民用和***用途。

 中國(guó)科學(xué)院上周五表示，最新實(shí)驗(yàn)已表明“北斗”的激光信號(hào)可以在城市等頗富挑戰(zhàn)性的環(huán)境中穩(wěn)定通信，一般來說此類環(huán)境中有強(qiáng)烈的干擾，難以建立和維持遠(yuǎn)程光通信。中科院沒有說明實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的具體時(shí)間點(diǎn)。

 激光通信地面站通常為固定的，需要復(fù)雜的設(shè)備，包括大型望遠(yuǎn)鏡、光束跟蹤和鎖定裝置以及信號(hào)處理設(shè)備。但中科院長(zhǎng)春光機(jī)所的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，技術(shù)人員們將所有東西都裝進(jìn)了一輛汽車。一些海外的太空科學(xué)家表示，這次實(shí)驗(yàn)的成功表明中國(guó)很有可能成為世界上***個(gè)擁有覆蓋全球激光通信網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家。

“這是一場(chǎng)革命”。

 激光通信衛(wèi)星的想法誕生自 1960 年代，美國(guó)、日本和一些歐洲國(guó)家都曾進(jìn)行了多項(xiàng)研究計(jì)劃，但未能解決其中的一些關(guān)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(dǎo)致到達(dá)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(hào)太模糊而無法清晰接收，尤其是在人類活動(dòng)密集的城市地區(qū)。

 中國(guó)在1990年代后期加入這場(chǎng)競(jìng)賽，啟動(dòng)了多項(xiàng)研究計(jì)劃。近年來中國(guó)***部門公布了多項(xiàng)計(jì)劃，將大量小型通信衛(wèi)星送入低地球軌道。

 據(jù)參與該計(jì)劃的一些研究人員稱，SpaceX的Starlink（一個(gè)為地球大部分地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入的衛(wèi)星星座系統(tǒng)）的帶寬限制在 200MB 左右，而中國(guó)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將通過使用激光通信技術(shù)以更低的成本提供更高的通信速度.

 中國(guó)的***產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，越來越多種類多樣的***器不斷進(jìn)入太空，使用激光束將它們連接起來可以大大提高這一網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度和整體性能。如去年的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，將衛(wèi)星的原子鐘與激光束同步可以將“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度提高6到40倍。此外中國(guó)還考慮起草激光通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)中國(guó)在該領(lǐng)域的***地位。