簡介
“月球雷射通訊演示”(LLCD),是NASA的第一個雙向雷射通訊系統,該實驗進行了大約為期一個月的測試。通過雷射從一顆環繞月球的衛星向地球傳輸數據。相比之下,當前用於太空通訊的無線電頻率系統的傳輸速度只有這一速度的幾十分之一。LLCD實驗裝置安裝在NASA的月球大氣與塵埃環境探測衛星(LADEE)上。實驗的主要目標是每秒從月球向地球傳輸數億比特數據,相當於100個高清電視頻道傳輸的數據。實驗中,科學家還從地球向LADEE傳輸數據,測試數據的接收能力。
2017年3月22日,美國航天局發表聲明說,他們正在研發的一種名為“雷射通信中繼演示”的系統最近成功通過一個關鍵決策點評審,進入開發整合與測試階段。該技術將來有可能演變成高速太空網際網路。
實驗
美國NASA在2013年1月就進行過雷射通信試驗,利用雷射束將名畫《蒙娜麗莎的微笑》傳輸到繞月球飛行的“月球勘測軌道飛行器”上。而今,NASA再次進行了雷射通信演示實驗。該圖像以數字形式傳播了大約38萬公里,從NASA的Goddard空間飛行中心的下一代衛星雷射測距(NextGenerationSatelliteLaserRanging,NGSLR)站到LRO的月球軌道雷射高度計(LunarOrbiterLaserAltimeter,LOLA)儀器。為了跟蹤LOLA位置會日常傳送雷射脈衝,通過傳輸用這些雷射脈衝承載的圖像,該團隊同時進行了雷射通信和跟蹤試驗。
原理
LCCD任務將採用一種高可靠性的紅外雷射器,類似於那些用於將高速數據通過光纖電纜傳到工作區和住宅的雷射器。數據是以每秒數億短光脈衝的形式傳輸,將通過LADEE太空飛行器傳輸到位於新墨西哥、加利福尼亞和西班牙三台地面望遠鏡中的任何一台。
優勢
LLCD在設計上採用體積較小的發射機,耗電量比先進無線電系統少25%,但所能傳輸的來自月球的數據量卻是後者的6倍。與無線電相比,雷射更加安全,同時不易受干擾影響。
挑戰
LLCD面臨的實際挑戰是,在移動時使非常窄的雷射光束精確地指向相距3.8萬千米的地面站,如果執行有誤,將會削弱信號或失去通信聯繫。
意義
成功的試驗和將LLCD集成到LADEE是重要的里程碑成就,驗證了這項新技術對於太空套用的穩定性和就緒度。這是NASA這類通信系統首次通過全部試驗,具備飛行準備資質。
評價
林肯實驗室LLCD設計組負責人堂·伯羅森表示:“這是一個令人驚異的通訊系統。我們很滿意這一系統的表現。這種概念是正確的,這一系統也非常可靠,我們認為它已經做好了準備。”
該項目負責人堂·考恩維爾指出:“LLCD實驗的目標是驗證這項技術,提高科學家對這項技術的信心並在未來實施的任務中考慮採用這項技術。我們甚至可以打造一個基於雷射的系統,用於在小行星上執行機器人探索任務。雷射通訊系統可用於向地球傳輸3D高清視頻,為地面上的控制人員提供遠程呈現畫面。”