2025年,国内的极光星通公司把星间400Gbps的超高速激光通信试验拿到了轨上,中国在这方面就追上了世界的步伐。从2017年的实践十三号卫星成功实现星地激光通信开始,到2020年“行云二号”双星实现了星间激光通信零的突破,再到2024年长光卫星完成了我国首次星间100Gbps的遥感影像传输,这些都是中国在这条路上一步步走出来的。之所以能有这些成就,是因为背后有一个覆盖了上下游、越来越成熟的自主产业生态在支持。 在核心器件这块,长光华芯和源杰科技已经能拿出支撑100Gbps及以上速率的激光芯片了。复旦微电的国产抗辐射FPGA也有了用武之地。振华科技的抗辐射元件也保证了系统能在太空那种恶劣环境里正常干活。中游环节有光迅科技这样的厂家,它不光是国内唯一,还是全球唯二能量产100Gbps以上模块的企业。下游的航天电子也提供了电子支持。 国际上大家各走各的路。美国SpaceX的“星链”星座是搞规模生产来把成本降下来,NASA则是搞深空演示去抢占技术高点。面对这种竞争格局,中国选择了自主创新的路子。 OISL技术也就是星间激光通信,利用激光的高方向性、高单色性和高相干性把信息调制到光载波上,再通过精密光学系统变成极细的光束来定向传输。发射端的半导体激光器产生纯净光信号后,经调制器编码加载到光波上。望远镜系统负责把激光准直成极窄波束发射出去。 接收端的信号功率衰减到了皮瓦级这么微弱的程度。这时候就要靠直接检测系统的低噪声雪崩光电二极管(APD),或者相干通信系统引入本振激光器做光混频来从噪声里提取有用信息。系统的核心在于“瞄准、捕获、跟踪”(PAT)系统。这玩意可太难了。 两颗卫星在数万公里之外相对速度高达每秒7到8公里的时候,要把一道微米级光束持续精准地射入另一道高速移动的接收孔里。这就是“针尖对麦芒”的极限挑战。PAT系统得通过链路规划、扫描搜索和精瞄闭环这三步来实现闭环控制。 虽然原理上讲得通,但实际做起来太难了。PAT系统的极限精度要求很高。稳定精度得达到亚微弧度甚至纳弧度级。高能带电粒子和剧烈温度变化也在考验通信系统的长期可靠性。 同时还要在极低信噪比环境下提取信号并实时处理百Gbps级数据。不过这些难关都在慢慢被攻克中。 这门技术不光是用来连网的基本功能了。它跟太空算力结合起来能在轨道上建分布式太空算力网络;跟太空光伏结合起来能搞太空能源互联网;从近地轨道到月球火星甚至更远的深空都能用上它。它就是人类迈向太阳系文明的信息和能源阶梯。 它把地球宽带接入和高精度对地观测都给拉起来了;它解决了海量卫星间怎么高效协同的问题;它给星座建了个“太空超高速光纤”网络。传统无线电波比不了它的带宽和传输速率,体积小、功耗低也让它特别适合卫星用。 我国“行云二号”01星、02星的载荷质量就只有6.5千克,在轨功耗才80瓦呢。所以啊,搞这玩意绝不是把地面光纤系统随便搬上天那么简单。它涉及光机电热控多学科的事儿;它产生和调制纯净激光信号;它在超远距离和高速运动下精准对准和稳定跟踪;它从微弱信号里无损还原海量数据。 要知道光是这些技术都需要经过大量的工程化挑战呢!好在中国已经拿下了好几次关键节点了。2025年的这次试验更是证明了咱们的实力就在这儿了!