封面新闻记者 边雪

在超过40万公里的地月距离上，我国地月激光通信试验任务取得重要突破：成功建立起双向激光链路，首次实现了地月双向高速激光通信。

这标志着我国空间激光通信正式从近地轨道迈入地月空间，中国在深空通信领域迈出了具有里程碑意义的一步。

近日，记者从中国科学院空间应用工程与技术中心（简称“空间应用中心”），“地月空间DRO（远距离逆行轨道）探索研究”组织实施地月激光通信试验任务，由空间应用中心牵头，联合之江实验室研制DRO-A卫星激光通信试验载荷，联合中国科学院云南天文台和上海微系统与信息技术研究所研制建设地面激光通信系统。

地月尺度双向激光通信示意图。

（图源：中国科学院空间应用工程与技术中心）

“空间激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式，与传统微波通信相比，它有着带宽大、速度快，方向准，保密性好，设备小、重量轻，双向高速、收发自如等优点。

”中国科学院空间应用中心研究员、激光通信科研团队负责人杨雷表示，数十万公里的深空距离，瞄准精度要求苛刻、信号衰减到极致、传输速率难以提升，这堪称深空激光通信领域长期面临的“三座大山”，科研团队通过五年持续技术攻关，成功解决了这三大难题。

攻克三道“拦路虎” 一束激光跨越40万公里

地月之间的通信，向来是航天领域的核心难题之一。

地月相距约40万公里，要在如此遥远的距离上建立稳定的双向通信链路，技术难度可想而知。

据悉，本次试验依托的是运行在远距离逆行轨道（DRO）上的DRO-A卫星。

DRO是地月空间中一类特殊的周期轨道，具有低能进入、长期稳定运行等特点。

DRO-A/B卫星于2024年发射，科研团队通过多次轨道机动将双星送入DRO，并与近地轨道上的DRO-L建立星间测量通信链路，组成了基于DRO的地月空间三星星座，在国际上首次实现基于远距离逆行轨道的地月空间三星星座组网运行。

深空激光通信长期面临三大难题，被科研团队形象地称为“三座大山”：距离动辄几十万公里，光束极难精准对准；

信号传到地面时已经弱得几乎收不到；

传输速度一直提不上去。

中国科学院空间应用中心研究员、激光通信试验科研团队负责人杨雷对此有着深刻体会。

第一道难关是“瞄准”，万里穿针。

地月通信好比在40万公里外，将一束极细的光线精准穿过一个高速运动的“针孔”。

激光束本身极窄，发射端哪怕出现极其微小的角度偏差，抵达目标附近时也会产生数公里的位置误差。

中国科学院云南天文台研究员李语强解释道：“空间激光通信的双方距离越远，卫星姿态的微小变化、机械振动及大气扰动都将导致光束漂移更大。

我们地面站的跟踪精度要求达到微弧度量级，相当于从北京瞄准上海一个正在移动的乒乓球。

”

更复杂的是，激光从地面发射到卫星接收，中间大约要飞行1.3秒，而这1.3秒里卫星已经移动了数公里。

科研团队创新提出了适用于超远距离、极微弱信号条件的双向捕获跟踪方案，不是瞄准卫星现在的位置，而是瞄准它1.3秒后将要到达的位置。

团队综合考虑了卫星轨道、望远镜安装误差、大气折射、激光飞行时间等各种因素，让天上的卫星和地面的望远镜在持续运动中始终保持高精度对准。

第二道难关是“接收”：千里辨音。

激光跨越40万公里抵达地面时，有效信号已经衰减至单光子级别，地面望远镜每次仅能接收到寥寥几个光子。

与此同时，月光、星光、城市灯光以及大气散射会形成大量背景噪声。

科研团队使用能探测单个光子的超导单光子阵列探测器，并开发了一套复杂的信号识别算法，硬是从海量噪声中把有效信号“捞”了出来。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所依托多年超导探测技术积淀，凭借自主研发的超导纳米线单光子探测器阵列，实现了高速高效率单光子探测的关键性技术突破。

这就好比在千里之外喧嚣嘈杂的闹市中，准确听清一根针落地的声音。

第三道难关是“提速”：百兆秒传。

科研团队通过大带宽通信处理技术攻关，大幅提升了数据处理效率。

此次试验初步实现上行1.25Mbps、下行100Mbps的双向通信速率。

从4分钟到12秒的飞跃

激光通信的优势，在数据传输速度上体现得最为直观。

过去，从月球轨道上的卫星传输一幅8K月面高清图像回到地面，需要使用微波链路，用时大概4到5分钟。

而利用激光通信，仅需约12秒。

传输效率提升了数十倍。

除了速度快，激光通信与传统微波通信相比，还具备方向准、保密性好、设备轻巧等显著优势。

激光载波带宽可达数十太赫兹，是微波链路的几十到上千倍。

中国科学院空天信息创新研究院高级工程师李亚林曾形象地比喻：如果将频段比作道路，微波就像一条窄路，而激光可以容纳成百甚至上千车道。

深空探测的通信根基

本次实验突破的意义远不止于“传照片更快”。

随着全球月球探测、载人登月和月球科研站建设的加速推进，地月空间即将迎来一场“数据大爆炸”。

传统微波通信的带宽，已经难以满足日益增长的海量数据传输需求。

相关技术形成的地月空间轻量化、小尺寸、低功耗、高速率的信息传输能力，将为中国载人登月、月球科研站建设和深空探测提供高速信息传输新手段，支撑中国空间科学与应用取得更多更好的性科学成果。

这一重大突破，相当于在地球和月球之间搭建起了一条稳定、高速的太空信息通道，让我国正式拥有了地月高速通信的核心基础设施，为后续月球和深空探测等任务奠定了通信根基。

未来，随着激光通信技术的不断成熟和传输速率的持续提升，或许在不远的将来，航天员登陆月球后流畅拨打高清视频电话，甚至开启实景直播，都将从科幻走进现实。

从近地轨道到地月空间，中国航天正在用一束激光，照亮走向更深更远宇宙的道路。

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