中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院 ( 空天院 ) 自主研制成功的 500 毫米口徑激光通信地面系統，9 月 15日在新疆帕米爾高原慕士塔格峰區(qū)域一處海拔 4800 米山頂完成部署，標志著中國首個業(yè)務化運行的星地激光通信地面站正式建成，并進入常態(tài)化運行階段。

正在運行的塔什庫爾干塔吉克自治縣星地激光通信地面站。中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院供圖

中國首個業(yè)務化運行的激光通信地面站，在新疆帕米爾高原一處海拔 4800 米山頂建成，遠處雪山為慕士塔格峰。

該地面站的建成打通了星地激光通信全鏈條業(yè)務流程，將進一步推進星地激光通信的工程化應用，改變中國目前衛(wèi)星數據接收僅靠微波地面站的現狀。

滿足星地海量數據傳輸需求

隨著中國航天技術的快速提升，衛(wèi)星技術呈現變革性發(fā)展的態(tài)勢，衛(wèi)星探測產生的數據呈幾何級增長，海量數據無法及時下傳的問題日益突出，該問題嚴重制約了中國太空資源的高效利用。但是，僅依靠設施規(guī)模擴充和局部技術指標提升已無法滿足未來星地高速通信的需求，迫切需要顛覆性創(chuàng)新技術體制以徹底解決星地通信速率瓶頸問題。

中國科學院空天院高級工程師李亞林介紹說，星地激光通信以激光為載體，可實現衛(wèi)星與地面之間的高速信息傳輸，是未來星地高速通信的重要手段。區(qū)別于傳統的微波通信，星地激光通信的優(yōu)勢在于可用頻譜資源極其豐富、帶寬可達數太赫茲 (THz)，相較于微波通信提高了十倍到近千倍。如果將頻段比作道路，那么微波 X 頻段是“單車道”，微波 Ka 頻段是“四車道”，而激光可容納成百甚至上千“車道”。此外，激光通信系統重量輕、體積小、功耗低、保密性強，能夠滿足星地海量數據傳輸需求。

全年均可開展星地激光通信任務

李亞林指出，星地激光通信存在易受多云、雨雪等天氣和大氣湍流影響的問題，合理的站址選擇能在很大程度上降低復雜非穩(wěn)態(tài)大氣信道導致的光束質量惡化，提高星地激光通信的性能和可用度。從中國大陸地理地形分布角度考慮，位于第一階梯的帕米爾高原地區(qū)具有平均海拔高、氣候干燥等特點，是極優(yōu)良的站址地點。激光通信地面站所在的帕米爾高原慕士塔格峰區(qū)域大氣條件好，視寧度優(yōu)，可媲美世界一流光學站址，且氣候干燥少雨，全年均可開展星地激光通信任務，為星地激光通信的業(yè)務化運行提供了優(yōu)良的條件。

自 2019 年以來，中國科學院空天院在自然條件惡劣的帕米爾高原持續(xù)推進星地激光通信地面站建設，包括位于海拔約 4800 米的科研區(qū)和位于海拔 3300 米的保障區(qū)，激光通信地面系統部署在科研區(qū)，運維人員工作在保障區(qū)，未來將通過遠程操作方式實現長期可靠的業(yè)務化運行。

中國科學院空天院高級工程師、中國遙感衛(wèi)星地面站喀什站站長王建平說，高海拔無人區(qū)站點的建設和運維非常不易，前期整個團隊在帕米爾高原上累計行程達 30 萬公里，進行選址、測量、論證、建設等工作；這里無人區(qū)無路無水無電，容易出現缺氧高原反應，還會有極端惡劣氣候，“面對這些困難，我們整個團隊扎根邊疆、團結協作共同完成了這項艱巨任務”。

規(guī)劃建設國家激光通信地面站網

建設過程中，中國科學院空天院項目團隊先后突破大氣信道預測及任務規(guī)劃調度、激光信號的快速捕獲建鏈和自適應光學校正、復雜大氣條件下的無誤碼傳輸等一系列關鍵技術，實現夜間星地激光通信的常態(tài)化運行。

近期，項目團隊又攻克了白天強大氣湍流、強背景光下的可靠星地激光通信難題，首次成功完成白天星地激光通信試驗。這項工作將星地激光通信的可用時段提高了近一倍，進一步支撐了星地激光通信地面站的業(yè)務化運行。

據項目團隊介紹，目前，歐美、日本等發(fā)達國家正加速發(fā)展星地激光通信技術，布局建設星地高速激光通信網絡。中國星地激光通信發(fā)展也非常迅速，各項關鍵技術均已突破，正在開展工程化試驗試用，以支撐后續(xù)的規(guī)?；M網應用。中國科學院空天院研究員、中國遙感衛(wèi)星地面站主任黃鵬表示，星地激光通信地面站的常態(tài)化運行，將充分積累星地激光通信的工程應用經驗，為中國下一代星地海量數據傳輸體系規(guī)劃和中國新一代衛(wèi)星地面站網建設奠定堅實的基礎。他透露，中國科學院空天院當前正在規(guī)劃論證建設國家激光通信地面站網，通過在中國西南、西北和東部布局建設多個激光通信站進行組網，可以進一步克服天氣對星地激光通信的不利影響，大幅提高星地激光通信的可用度。