我国星地激光通信技术实现重大突破 传输速率刷新至120Gbps

遥感卫星分辨率不断提高、对地观测频次持续加密的背景下,星上数据量快速增长,传统微波数传的带宽瓶颈日益凸显;如何将海量观测信息更快、更稳定地传回地面,成为影响空间信息应用效率的关键问题。近日,中国科学院空天信息创新研究院开展的超百G星地激光通信业务化应用实验取得新进展:星地通信速率达到120Gbps,链路稳定、下传数据质量良好,并成功处理形成高质量遥感影像。这表明,我国星地激光通信正向更高通量、更强稳定性的业务化能力迈进。问题在于,高速并不等同于“好用”。星地激光通信被视为实现海量数据超高速下传的重要方案,但工程应用受多种复杂因素叠加影响:一上,卫星平台微振动会放大指向抖动,光束难以稳定对准;另一方面,大气湍流会引起相位畸变和强度闪烁,使链路出现快衰落并增加误码风险;同时,超高速率对接收端实时校正、信号处理以及传输控制策略提出更高要求。速率从几十Gbps提升到百Gbps级,往往意味着光学、算法、协议与处理链路需要同步升级,否则即便“建得起链”,也可能“传不稳数据”,难以满足业务化需求。造成上述挑战的根源,在于激光通信“窄束高精度”的特性。激光链路要实现高效传输,必须在短时间内完成捕获、跟踪、对准与稳链,并在大气状态持续变化的条件下保持稳定耦合;同时,速率越高,信号畸变、非线性效应与误码控制难度越大。本次实验的一项关键意义在于:在卫星硬件不变的情况下,通过卫星在轨软件重构,充分挖掘通信载荷能力,实现从60Gbps到120Gbps的能力提升,表明了“软硬协同、以软促能”的工程路径,也为在既有卫星平台上持续释放通信潜力提供了可复制的思路。 从影响看,120Gbps的突破不仅刷新了国内星地激光通信传输速率纪录,也更直接指向应用端的“可用性”。实验期间实现秒级捕获建链,建链成功率超过93%,最大连续通信时长达到108秒,累计获取数据量12.656Tb,并可形成高质量遥感产品。这意味着在有限过站时间内,单位时间可下传的数据量显著增加,有助于提升应急观测、灾害评估、资源调查、海洋监测等场景的数据时效性。面向未来多星组网、高密度观测任务,高通量下传能力将成为释放卫星观测价值的重要环节。 对策层面,本次进展体现了针对工程痛点的系统化技术攻关。其一,围绕“大气湍流引起的高频扰动”,通过优化强实时光学畸变校正算法,提升微弱激光信号的稳定跟踪与耦合效率,使链路“收得稳”。其二,针对高速率信号在传输与接收中的损伤问题,采用信号损伤补偿等手段在数字域抑制非线性畸变,并结合抗湍流的空口协议设计,降低误码率,使链路“收得对”。其三,面向非稳态大气信道的快衰落特征,改进自适应传输控制策略,缓解吞吐瓶颈、提高信道利用效率,使链路“收得快”。这些举措共同指向一个目标:把“实验室高速度”转化为“可持续稳定运行的业务能力”。 从前景看,星地激光通信更规模化应用,离不开地面站网布局完善与体系化运行能力提升。此次参与实验的塔县激光地面站是我国首个业务化运行的星地激光通信地面站,自建成以来承担多项业务化任务,体现出持续迭代、连续验证的工程特点;与之配合的AIRSAT-02卫星已完成多轮在轨验证,为形成稳定业务链路打下基础。下一阶段,随着更多地面站节点建设与联通、关键指标持续提升,以及与既有卫星平台和地面光纤网络更紧密对接,星地激光通信有望在更大范围内缓解星地传输速率瓶颈,逐步成长为连接天基信息网络与地面通信网络的重要通道,支撑天地一体化融合的空间信息网络体系建设。

星地激光通信从实验室走向业务化应用,展现了我国航天科技自主创新的持续推进。这次120Gbps的突破不仅是速率提升,更表明了我国在空间信息技术领域关键能力的增强。面对不断增长的天基数据传输需求,科研团队正以可验证的工程成果推动技术落地,为构建更高效的空间信息网络体系提供支撑。